《橫向隧穿電子激發局域表面等離激元發光行為研究》是依託湖南大學，由段輝高擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：橫向隧穿電子激發局域表面等離激元發光行為研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：段輝高
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隧穿電子誘導等離激元共振進而輻射發光現象蘊藏著豐富的物理內涵並有望套用於電激發等離激元和納米光源器件，自被發現以來在薄膜型MIM及STM隧道結體系中得到了廣泛研究。面內橫向隧道結具有更好的可設計性，在發光調控、發光效率以及片上集成等方面具有眾多潛在優勢。然而，由於器件加工困難，其發光現象尚未得到研究和報導。本項目擬以可控構築由金屬納米結構電極對組成的橫向隧道結為突破口，對橫向隧穿電子激發局域等離激元共振並輻射發光的現象進行系統而深入的研究。項目將探索該現象中發光光譜和發光效率與隧道結電極形貌、尺寸、外加電壓及結勢壘等參數之間的關係及其調控規律，挖掘發光譜與電子隧道譜的內在聯繫，揭示橫向隧穿結髮光過程中局域等離激元共振所扮演的關鍵角色，闡明其中隧穿電子、等離激元及光子等元激發之間的動力學演化過程及能量轉移轉化機制，並建立相關物理模型，為開發高效電激發等離激元源和納米光源提供理論和實驗基礎。
結題摘要
隧穿電子誘導等離激元共振進而輻射發光的現象蘊藏著豐富的物理內涵並有望套用於電激發等離激元和納米光源器件。面內納米間隙橫向隧道結具有更好的可設計性，在發光調控、發光效率及片上集成等方面具有潛在優勢，但其研究面臨高品質等離激元發光納米結構及跨尺度有源器件加工難、單粒子尺度光電聯用光譜測試等挑戰。本項目針對上述難題，以可控構築高品質橫向隧穿等離激元器件及其光電聯用光譜測試為目標，主要研究內容包括：（1）等離激元納米間隙隧穿結構的最佳化設計與仿真；（2）高品質等離激元納米結構及跨尺度金屬電極的可靠加工；（3）單粒子尺度光電聯用光譜測試裝備開發；（4）橫向隧道結體系的發光機理及套用研究。項目自執行以來，相關成果共發表SCI論文35篇，包括光學領域公認的頂級期刊論文Nano Letters 3篇，ACS Nano 2篇，Light: Science & Applications 1篇，相關技術申報國家發明專利4項，受邀在國內外學術會議上做特邀報告15次，支持15名研究生和博士後進行相關工作。取得重要進展包括：（1）發展了一種拓撲最佳化方法，可根據特定功能，實現等離激元發光納米結構的最佳化設計；（2）發展了系列創新製造工藝，實現了高品質等離激元納米結構的加工；（3）提出了三類電子束/離子束輪廓加工新工藝，可直接製造跨尺度電極，並套用於有源器件的定製；（4）基於共聚焦顯微鏡，設計並成功搭建了單粒子光電聯用光譜測試系統；（5）基於項目成果，探索了納米光學結構在單分子探測、FP腔陣列構築、超表面結構加工方面的創新套用。本項目一方面開發了多種具有隧穿尺度特徵尺寸的跨尺度納米間隙電極的製造方法，為後續進一步製造橫向隧穿光電器件提供了加工工藝，另一方面開發了一套用於單粒子等離激元納米結構光譜研究的光電聯用測試裝備，為後續進一步的深入機理研究提供了測試手段。項目的順利實施為等離激元納米結構有源器件的開發提供了技術積累。
