石墨烯表面等離激元耦合的納米尺度ZnO紫外雷射研究

《石墨烯表面等離激元耦合的納米尺度ZnO紫外雷射研究》是依託東南大學，由徐春祥擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯表面等離激元耦合的納米尺度ZnO紫外雷射研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐春祥
• 依託單位：東南大學

中文摘要

金屬表面等離激元（SPP）在空間上高度局域的特性極大地激發了人們對突破衍射極限的光電子器件，特別是與半導體耦合的納米雷射器的研究熱情。但如何實現電驅動器件，靈活調控SPP的耦合過程，便利操控激射模式等仍是具有挑戰性的問題。本項目擬將石墨烯的SPP耦合到氧化鋅納米棒光場中，並輔以金屬的協同作用，靈活設計光場限域的空間結構，構建高效的增益與反饋系統；通過摻雜、表面組裝、電學驅動等調控石墨烯的導電特性與能帶結構，進而靈活調控其SPP特性；研究石墨烯SPP與ZnO本徵發光的耦合與快速回響，揭示納米尺度下的Purcell效應、自發輻射增強與受激輻射特徵；探究電泵浦納米雷射器的構建方法、器件特性及相應的物理過程。本項目的開展將深刻認識納米尺度下石墨烯/半導體界面的SPP產生與調控、光場限域與激射增強等重要的物理機制，並為新型納米光電子器件的設計及後續套用提供重要技術參考。

結題摘要

本項目研究過程中，我們緊密圍繞計畫書擬定的研究內容與目標，對高品質ZnO微腔、Graphene薄膜的最佳化製備，ZnO/Graphene複合微腔的構建，石墨烯SPP特性及其ZnO紫外發光的耦合過程，亞微米尺度的ZnO/Graphene複合微腔單模雷射增強，石墨烯/金屬表面等離激元協同增強ZnO回音壁微腔激射，SP輔助的電子轉移機理的普適性，ZnO 回音壁模雷射調控及ZnO基發光器件與性能提升等進行了深入而系統的研究。相關研究成果已在ACS Nano, ACS Appl. Mater &Interface，ACS Photonics，Nano Research，Nanoscale等國際刊物發表SCI論文38篇, 其中包括J. Mater.Chem.C，Nanoscale期刊封面或封底報導3篇，申請中國發明專利13項。項目執行期間，培養博士後2名（1名已出站），6名博士、10名碩士研究生獲得學位。主要的進展與創新成果列舉如下： 1、在成功製備多種高品質ZnO微腔結構基礎上，深入研究了Graphene的製備方法、光學特性以及電學特性，實現了多功能Graphene材料的最佳化製備及導電性能的調控，進一步構建了石墨烯/ZnO複合微腔，對複合微腔中紫外激發、放大、振盪等過程的進行了系統研究。2、利用金屬表面等離激元共振(SPR)實現了更低閾值及更高品質因子的回音壁模激射，進一步利用石墨烯的高透明性和高導電性能，實現了石墨烯/金屬表面等離激元協同增強的ZnO回音壁微腔激射。3、利用石墨烯SPP對光場的有效限域及其倏逝波場與ZnO激子發射的耦合效應，改善了亞微米尺度的ZnO/Graphene複合微腔單模雷射輸出性能。4、製備了純ZnO紫外電致發光的LED器件和高性能紫外光探測器，並結合ZnO微腔回音壁模效應和金屬納米顆粒的局域表面等離激元效應，構建了新型超靈敏SERS基底。