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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于碳納米管薄膜的表面等離子體激元特性研究
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 簡介：
- 本文以麥克斯韋方程組和自由電子氣模型(Drude)為出發(fā)點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件下對表面等離子體的產(chǎn)生進(jìn)行了研究，并得到色散關(guān)系、波長、傳播長度等表達(dá)式。進(jìn)而對碳納米管薄膜光柵結(jié)構(gòu)激發(fā)的SPPs進(jìn)行仿真，所得結(jié)果與理論計(jì)算相吻合。最后研究了碳納米管柵薄膜結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)對SPPs特性的影響。
- 詳細(xì)介紹：
- 通過研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管柵薄膜結(jié)構(gòu)激發(fā)的表面等離子體的中心頻率1THz和傳播長度295um、134um與理論值吻合。模型結(jié)構(gòu)的柵格周期參數(shù)和襯底介電常數(shù)參數(shù)對中心頻率的位置和高度有影響。在柵格周期為200um時，中心頻率在0.85THz左右；在柵格周期為168um時，中心頻率在1THz左右；在柵格周期為150um時，中心頻率在1.15THz左右。而在襯底介電常數(shù)為6.08F/m時，中心頻率在0.7THz左右；在襯底介電常數(shù)為3.18F/m時，中心頻率在1THz左右；在襯底介電常數(shù)為2.08F/m時，中心頻率在1.1THz左右。這些影響的規(guī)律與理論相符。模型結(jié)構(gòu)的厚度參數(shù)和柵格長度參數(shù)對中心頻率的高度有影響。其中柵格結(jié)構(gòu)的厚度為40um厚時，中心頻率的高度達(dá)到最高。中心頻率高度隨著柵格長度的增加而增加。這些研究對開發(fā)光電集成電路和傳感器有重要的價值。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的是研究碳納米管導(dǎo)體薄膜表面激發(fā)表面等離子波特性，這對未來開發(fā)等離子波傳感器具有一定指導(dǎo)意義?；舅悸罚悍謩e從麥克斯韋方程組、自由電子氣模型的理論和模型的數(shù)值仿真兩個角度研究表面等離子體的特性，并得到很好的吻合。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 以往報道的文獻(xiàn)以傳統(tǒng)金屬為導(dǎo)體研究表面等離子波的特性，但是在THz波段，傳統(tǒng)金屬導(dǎo)體的等離子頻率都位于可見光和紅外波段，這對研究THz波段等離子波特性不利，而本文以碳納米管作為導(dǎo)體材料研究導(dǎo)體與介質(zhì)之間激發(fā)的表面等離子體，這是基于碳納米管薄膜的等離子頻率位于THz波段，更適合THz波段SPP的特性研究。其傳播長度在微米量級，對開發(fā)光電集成電路和傳感器有重要的價值。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義
- 1.利用表面等離子體對介質(zhì)介電常數(shù)敏感的特性制作傳感器。 2.表面等離子體具有局域分布的特性，而且其分布深度可小于波長量級，突破衍射極限，使得表面等離子體能夠應(yīng)用于制作亞波長量級的光電子、近場顯微鏡、曝光光源等等器件。 3.本文研究的SPPs是以碳納米管薄膜作為載體，對于THz波段的SPPs的研究具有指導(dǎo)意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 目前表面等離子體(SPPs)在傳感技術(shù)、近場存儲、LED效率、紅外技術(shù)、非線性光學(xué)、生物光子學(xué)、顯微術(shù)以及集成光路等領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用價值。本文以麥克斯韋方程組和自由電子氣模型(Drude)為出發(fā)點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件下對表面等離子體的產(chǎn)生進(jìn)行了研究，并得到色散關(guān)系、波長、傳播長度等表達(dá)式。進(jìn)而對碳納米管薄膜光柵結(jié)構(gòu)激發(fā)的SPPs進(jìn)行仿真，所得結(jié)果與理論計(jì)算相吻合。最后研究了碳納米管柵薄膜結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)對SPPs特性的影響。
獲獎情況
- 1.該論文研究內(nèi)容已經(jīng)投稿到《物理學(xué)報》，審稿以結(jié)束，錄用待發(fā)表。 2.另有后續(xù)研究結(jié)果投稿到海峽兩岸無線電技術(shù)會議，于2011年7月在哈爾濱召開，會議為Ei檢索。
鑒定結(jié)果
- 無 說明：投到物理學(xué)報的論文已經(jīng)接收，有錄用證明，發(fā)表時間在2011年10月。 投到2011年海峽兩岸無線電會議論文已經(jīng)錄用。該會議論文被Ei檢索。
參考文獻(xiàn)
- 1.Stefan A.Maier, “PLASMONICS:FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS” Centre for Photomics and Photonic Materials Department of Physics, University of Bath, UK 這本書前半部分先從表面等離子體的由來、多種激發(fā)方式、SPPs的成像、局域化、低頻特性等基本原理展開研究。本書后半部分描述了SPPs在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、薄膜小孔穿透、傳感器、成像等領(lǐng)域的應(yīng)用 2.Anatoly V. Zayats, Igor I. Smolyaninov and Alexei A. Maradudin, “Nano-optics of surface plasmon polaritons”, Physics Reports, vol. 408, pp.131-314, 2005 這篇文章研究了近場下的納米尺寸結(jié)構(gòu)激發(fā)的SPPs，實(shí)驗(yàn)和理論得到較好吻合。并對SPPs的散射、干擾、局域化等特點(diǎn)進(jìn)行研究，最后提出了SPPs在納米光子學(xué)、光電子技術(shù)、傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用。
同類課題研究水平概述
- “Plasmonics”一詞最早于1999年第一次使用，加州理工學(xué)院 Harry Atwater教授的研究小組認(rèn)為這一領(lǐng)域的研究將促進(jìn)全新設(shè)備的問世，并于2000年將這一學(xué)科正式定義為“Plasmonics”。Harry Atwater教授將“plasmonics”定義為：一種可以將電磁波壓縮到極小結(jié)構(gòu)中，有望產(chǎn)生新一代超快計(jì)算機(jī)芯片和超靈敏分子探測器的技術(shù)。隨著表面等離子體理論研究的深入以及各種結(jié)構(gòu)的器件的成功制作，其在光學(xué)各領(lǐng)域應(yīng)用具有巨大的潛力，尤其在一些經(jīng)典光學(xué)長期不能解決的問題上，其中包括金屬亞波長結(jié)構(gòu)的增透效應(yīng)在超分辨率納米光刻、高密度數(shù)據(jù)存儲近場光學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用大放光彩。近年來，隨著掃描近場光學(xué)顯微技術(shù)(Scanning Near．Field Optical MicroscopySNOM)的發(fā)展，使直接在材料表面觀測表面等離子體激元成為可能，這極大促進(jìn)了表面激元的研究。美國加州大學(xué)Berkeley分校的Xiang Zhang教授小組應(yīng)用了Pendry在2000年提出的關(guān)于完美透鏡的概念，使用365 nm的曝光波長．采用聚焦離子柬刻蝕技術(shù)在掩模上分別以傳統(tǒng)成像技術(shù)與超透鏡技術(shù)曝光刻出NANO的字樣的圖像?？梢?，采用傳統(tǒng)方法的分辨率為320 nm，而激發(fā)了銀的表面等離子激元代替普通曝光之后，分辨率提高了近4倍。 SPPs是兩種界面附近存在的波，界面兩側(cè)的折射率分布對場的分布有很大影響，利用這一點(diǎn)可以進(jìn)行傳感。利用棱鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行生物傳感的技術(shù)已經(jīng)得到極大的發(fā)展，目前市場上主要產(chǎn)品有瑞典Biocore AB公司生產(chǎn)的Biocore 3000等。而SPPs在光電子器件、光電子集成器件、太陽能電池和LED新能源效率等領(lǐng)域的研究都處于起步階段。SPPs的新穎特性展現(xiàn)出了它廣闊的發(fā)展空間。
