基於納米結構的光頻天線陣的設計、製備和表征

《基於納米結構的光頻天線陣的設計、製備和表征》是依託南京大學，由彭茹雯擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於納米結構的光頻天線陣的設計、製備和表征
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：彭茹雯
• 依託單位：南京大學

項目摘要

長期以來，天線在無線電和微波領域扮演著很重要的角色。最近，天線的概念被引入到光學頻段，光頻天線在光電轉換、發光器件以及光感測器的探測等方面具有潛在的巨大套用前景。本項目擬從實驗和理論兩方面研究基於金屬納米小孔和金屬納米光柵的光頻天線陣列中傳播光場與局域光場的激發和相互轉換規律，揭示光頻天線陣列發生光輻射以及電磁場能量轉換的微觀機制，給出提高光頻天線陣的性能（如增大輻射強度、提高電磁場能量轉移的效率、增強方向性）的途徑。在此基礎上，通過改變納米結構的周期性和準周期性來調控系統中傳播的等離激元，通過改變單個納米結構單元的具體構型來調控系統中局域的等離激元，進而改變系統中傳播光場和局域光場的振幅與位相，設計、製備和表征出高性能的光頻天線陣，並探討其在高性能的太陽能電池、發光納米器件以及光感測納米器件等方面的套用，開發和研製具有自主智慧財產權的新型光電材料和器件。

結題摘要

本項目從實驗和理論兩方面系統研究了基於金屬微納結構的天線和天線陣列的設計、製備和性能表征及其套用，創新性地設計和製備出一些光頻波段和紅外波段新型亞波長天線和天線陣列，揭示了亞波長天線陣列系統中光輻射和光接收、電磁場能量轉換等方面的微觀機制和物理規律，給出了提高光頻天線和天線陣性能的有效途徑，探討了亞波長天線陣列在新型光電材料和器件中的套用，取得了一些有意義的研究結果。例如，首次發現和實驗證實基於金屬光柵結構的亞波長天線陣列高效率地激發表面等離激元並且再輻射光波，從而導致微結構金屬對寬頻段的電磁波透明。又如，設計和製備出二維金屬微結構天線陣列，首次實驗證實該天線系統可以實現光信號的位相時間延遲, 從而有效地調控光的偏振態。再如，首次設計和製備出基於三維立體金屬微結構的亞波長天線陣列，實驗證實其具有接近完美的吸波效應。此外，還首次設計並研究了具有分形特徵的等離激元光頻天線陣，並將其引入薄膜矽太陽能電池，證實該種新型超薄矽太陽能電池具有寬頻吸收和效率增強的效應，等等。這些工作在高性能的太陽能電池、發光微納器件以及光感測微納器件等方面具有潛在的重要套用。 本項目研究工作在Advanced Materials、Physical Review Letters、Applied Physics Letters 和Physical Review B 等國際著名學術期刊上發表SCI論文29篇，申請國家發明專利2項。 項目執行順利,很好地完成了原先的研究計畫,並且根據國際發展的新熱點,適時地豐富了本項目的研究內容。