《等離激元特異介質中的磁渦旋偶極矩及其光學相關特性》是依託東南大學，由董正高擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：等離激元特異介質中的磁渦旋偶極矩及其光學相關特性
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：董正高
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
磁渦旋偶極矩是獨立於電偶極矩、磁偶極矩之外的第三類偶極矩，以磁偶極的渦旋分布為特徵。它同時打破時間和空間反演對稱性，具有二向色性、非互易性、磁光、磁電等眾多物理特性。為彌補自然界物質中磁渦旋偶極回響非常微弱、長期以來未被重視的現狀，本項目擬研究光波段特異介質體系中該類偶極矩回響的激發及其產生的光學現象。藉助於等離激元的共振增強效應，可望從實驗上揭示該體系中磁渦旋偶極矩相關的光學特徵，並分析其在納光電功能器件方面的套用前景。具體來說，在前期工作的基礎上，我們將最佳化設計出獨特的光學磁渦旋微納結構，並結合多鐵材料中磁渦旋偶極矩的研究成果，理論上提出、實驗上驗證此類磁有序特異介質中全光誘導的霍爾效應。同時，還將分析所設計的特異介質中磁渦旋偶極共振的光學諧振腔、非互易傳輸以及增益等光學特性。本項目將揭示特異介質體系中磁渦旋偶極矩的一系列新穎光學現象，為相關方向的發展提供一定的理論結果和實驗依據。
結題摘要
光波段磁渦旋偶極共振增強回響是當前等離激元特異介質領域具有重要學術價值和套用背景的研究方向之一，可以促進人們認識自然界中(如基本粒子、多鐵材料)磁渦旋偶極相關特性、拓展新型光磁相關的微納光子學功能器件。本項目中，我們執行了納米結構等離激元特異介質的理論設計、數值仿真、納米加工、光學測量等一系列研究工作，建立了納光子平台、培養了科研隊伍、實現了預期的各項研究目標。例如，1、我們仿真設計、實驗加工、光學測量了V型圓槽中光波磁渦旋偶極回響的角度分辨反射譜；2、理論和仿真研究了基於光波磁渦旋偶極共振回響的電磁場局域特徵，在此基礎上分析了光力增強效應與環狀俘獲納米粒子效應；3、通過設計深度不對稱的圓環槽等新型特異介質，實現了基於磁渦旋偶極模式的紅外光完美吸收效應、增益輔助的定向輻射增強效應、等離激元誘導透明效應等。另外，我們設計了一種具有反鍵態磁序特徵的橢圓環納米結構特異介質，研究了光子自旋角動量與該結構等離激元模式的軌道角動量相互耦合後產生的光子自旋霍爾效應。我們還研究了磁性材料輔助的增益/損耗共軛平衡的波導系統中單向性光學非互易傳輸。與這種非互易傳輸類比，我們通過直線摺疊而成的Omega納米結構，設計了具有手性特徵的雙層Omega特異材料，獲得了高效的紅外波段正交偏振轉化，實現了具有單向傳輸特性的不對稱透射。已在Appl. Phys. Lett., Opt. Express，Opt. Lett.，Phys. Rev. B等刊物上發表SCI論文16篇，申請並獲得國家發明專利2項，培養研究生5名（另有6名在讀）。上述工作為課題組今後納米光子學相關的研究提供了良好的驅動力，其中發現的新穎光學現象對微納光子學領域的相關研究，特別是有關光波段磁渦旋偶極回響的探索有一定的學術價值和促進作用，對設計相關功能的微納光子器件也具有一定的借鑑意義。
