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《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》 2017年
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砷化铟纳米线表面等离激元近场成像研究

周怡汐  
【摘要】:表面等离激元极化子是金属-电介质界面自由电子与光子相耦合产生的一种玻色行为的准粒子。由于表面等离激元可突破衍射极限,有助于在纳米尺度上对光子进行操控,并可以获得更强的光与物质相互作用,从而成为科学与技术领域的研究热点。科学家已经发现等离激元广泛存在于传统贵金属、新型低维材料、拓扑绝缘体等一系列材料中。然而,传统贵金属有强的电声耦合作用以及高的态密度分布,使得其表面等离激元不易调控,限制了实际应用。半导体材料由于载流子浓度可控以及独特的电子能带结构,可有效降低带间和带内损耗。其中,Ⅲ-Ⅴ族砷化铟半导体因其窄的直接带隙和高的载流子迁移率,使其成为一种新型的表面等离激元材料。本论文基于近几年发展起来的近场光学成像技术和有限元数值模拟方法,对一维砷化铟纳米线表面等离激元的光学性质进行研究。论文研究成果主要包括三个部分,首先基于近场光学产生的局域场增强效应成功激发了砷化铟半导体纳米线的表面等离激元,并实现其实空间成像。接着,运用有限元法对实验所得的近场图像进行分析拟合,数值模拟与实验现象符合良好,并能够反推出纳米线载流子浓度。最后,通过改变不同纳米线直径以及衬底,实现了对表面等离激元性质的调控,包括其波长、色散、局域因子及品质因子等。总之,我们首次在纳米级分辨率上实现了砷化铟纳米线表面等离激元的实空间成像,并对其品质因子、局域性、传播行为进行了系统研究。与此同时,还初步实现了其表面等离激元的性质调控,这为纳米尺度上的光子调控以及应用开辟了一个新天地。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB383.1;O485

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