等離激元-激子的耦合雜化與量子相干特性研究

《等離激元-激子的耦合雜化與量子相干特性研究》是依託武漢大學，由王取泉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：等離激元-激子的耦合雜化與量子相干特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王取泉
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

金屬納米結構表面等離激元研究屬於物理學前沿課題，等離激元-激子相干耦合是有源等離激元體系的核心研究內容。本項目擬開展金屬等離激元與半導體量子點和雷射染料分子兩種激子體系相干耦合效應的研究，重點研究等離激元－激子強耦合導致的Rabi劈裂和Fano干涉等量子相干效應及其激發能量傳遞動力學行為。理論上用解析波函式方法結合時域有限差分法（FDTD）數值模擬研究等離激元誘導的多個半導體量子點的Dicke協同輻射（包括糾纏、超輻射和亞輻射），用粒子數運動方程研究耦合體系中的受激放大輻射。實驗上生長製備高質量銀單晶Fabry-Perot 環形腔和Au納米棒－CdSe量子點複合納米結構，調節結構參數實現等離激元和激子的共振相干強耦合，並對量子等離激元進行探索性研究。採用飛秒雷射探測等離激元－激子耦合超快動力學和量子相干特性，提高其光俘獲量子效率和非線性品質因子，為有源等離激元納米光學器件的設計提供依據。

結題摘要

等離激元-激子強耦合相互作用是目前等離激元體系的前沿熱點課題，本項目圍繞金屬等離激元與半導體和染料分子等激子體系相干耦合效應，開展了以下研究工作：（1）發展了可控生長技術，實驗上製備了金屬-金屬、金屬-硫化物、金屬-稀土納米晶體、金屬-染料等多種等離激元異質納米結構。（2）觀測到等離激元-激子Fano共振的非線性效應，並揭示其超快動力學行為和非線性增強機理。在理論上展示了磁Fano共振對二次諧波增強的巨大影響，並且探索了其增強的原理。（3）用化學刻蝕方法製備得到從經典尺寸到量子尺寸的金納米顆粒，結合理論計算分析，揭示等離激元的量子尺寸效應。（4）利用等離激元-激子耦合相互作用和量子等離激元實現了對光催化效應的有效增強。（5）通過半導體量子點與金屬等離激元微腔相互耦合的結構參數最佳化，實現等離激元微腔與半導體量子點激子的相干耦合、等離激元相位調節、以及單個等離激元的傳輸。