Research Focus
表面等离激元(Surface plasmonpolariton, SPP)是一种由金属自由电子参与的、沿金属和介质界面传播的特殊形式的电磁波,其在振幅随着离开金属-介质界面的距离指数衰减。近年来SPP在微纳结构尺度下也表现出一系列独特的物理特性,借助介观尺度的SPP效应,有可能解决一系列现有光电子器件面临的瓶颈问题——可以提供光场与环境信息交互传感的新模式;可以神奇地增强电-光-电的转换效率;可以大大压缩光的波长、提高光的非线性效应,实现超衍射纳米光刻技术等等。
对SPP的传输、耦合、传感特性,利用SPP增强材料光电转换特性,以及借助SPP的纳米光刻方面展开研究,目前已经取得多项创新性研究成果。(1)在国内首先实现了低传输损耗的长程SPP波导,传输损耗低达0.67dB/mm;(2)创新提出并实现了金属SPP波导和介质波导异质耦合结构,耦合效率高于99%,为实现集成SPP器件、SPP器件和介质混合器件奠定了基础;(3)提出并实现了基于 SPP-介质异质耦合结构的可集成折射率(生化)传感芯片,观测到传感芯片对有机分子层厚度变化(~5nm)十分敏感;(4)提出并研究了金属陶瓷(Cermet)材料、双层金属陶瓷波导结构、金属-介质周期结构中SPP的Purcell效应,有望大大提高纳结构硅材料的发光效率;(5)提出核(金属)/壳(介质)纳米颗粒增强材料的光电转换效率,观测到核壳金属纳米颗粒将有机太阳电池、染料敏化太阳电池效率提高了约30%;(6)提出并验证了双SPP吸收效应,实现了线宽小于波长1/11的光刻胶条纹,验证了基于双SPP吸收的纳米光刻的可行性。