《基於表面等離激元磁共振的納米器件的研究》是依託北京大學，由侯玉敏擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於表面等離激元磁共振的納米器件的研究
- 項目負責人：侯玉敏
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目是關於表面等離激元學中電磁波的磁場回響的研究，是負折射、亞波長解析度成像、超透鏡、隱身和手性等深入研究和套用所必需的基礎及套用研究。等離激元磁共振的單元——磁振子組成的體系是一個強關聯並且有超長相互作用的複雜體系，磁振子作為人工超材料的磁原子，其相互作用與人工超材料的特性密切相關。前期我們從相位和延遲效應角度開展了相關研究，首次定義了對各向異性相互作用起決定作用的新物理參量——關聯位相，本項目在此基礎上，擬開展二方面工作：（1）從實驗上驗證磁振子相干的各向異性條件，進而證明關聯位相這個新物理參量的重要性。（2）研究等離激元磁振子與其它結構耦合的間接相互作用或磁雜化模式，尋找加強磁振子耦合結構對電磁波的磁場回響的新方法，探索相關光學特性，實現電磁場的強局域納米聚焦、等離激元局域信號的可控傳輸，進而開發和研製新型等離激元波導。該工作將有助於光與物質相互作用中磁場成分的開發和利用。
結題摘要
本項目按計畫開展了關於表面等離激元學中電磁波的磁場回響的研究，等離激元磁共振的單元——磁振子組成的體系是一個強關聯並且有超長相互作用的複雜體系。我們通過在金屬薄膜兩側建立磁共振結構，首次利用高階磁等離激元共振在近紅外區域對50納米厚金屬薄膜實現了80%電磁能量的超透射遂穿。為了有利於實驗加工，又提出了另一種誘導金屬薄膜透明的方案。一層磁共振等離激元結構首先被製備到中間金屬薄膜上，在金屬薄膜的下表面引入了一個光學共振腔形成非對稱的結構。這裡設計的等離激元-光學混合結構中，磁共振機制和光學FP共振機制共同存在。還設計了一個新的光能匯聚結構，將蝴蝶結納米天線和磁振子納米天線置於其上，原來聚焦在納米微腔中的電、磁場有效地轉移到了蝴蝶結納米天線和磁振子納米天線中，蝴蝶結納米天線中的電場增強和磁振子納米天線中磁場增強分別可達3000和200以上。據我們所知，這兩個增強值都是同類最高的。鑒於其在多方面套用的潛力，該工作已經申請了專利。我們通過研究電介質和金屬組裝而成的Ge-Ni超材料結構，利用幾種機制的協同作用，設計出了在0.15µm到5µm波段範圍內的寬頻寬角度（0-60度）超吸收器件。太陽能光譜中99%的能量集中在0.15µm到4µm之間，該設計有利於太陽能的高效利用。在光譜和紅外波段，石墨烯的電磁吸收率僅有2.3%，如此低的絕對吸收率大大限制了基於石墨烯的光電探測器的性能。為了改善石墨烯光電探測器的性能，增強石墨烯對電磁波的吸收，我們提出了金屬-電介質-石墨烯“三明治”結構，利用該結構中傳播的等離激元波的多級FP共振，實現了石墨烯在2THz - 60THz頻率範圍內多頻帶的完美吸收效果，並且吸收效果在斜入射下有很好的保持。
