激发光的表面等离激元增强效应导致的双光子荧光增强(英文)

理论上研究了吸附在金纳米颗粒表面的CdSe量子点的双光子荧光增强效应。在偶极近似下,全面地考虑了金纳米颗粒的存在造成的表面等离激元共振增强效应和以金纳米颗粒作为受体的非辐射能量转移效应,给出了金纳米颗粒对量子点双光子荧光的增强因子。通过数值模拟,给出了将贵金属纳米颗粒更有效地用于增强双光子荧光的方法,即将贵金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰调至激发波长处,尽可能地增大激发光的表面等离激元共振增强效应。上述理论分析结果很好地验证了已经报道的实验结果。     

Cu2O-Au复合结构的制备及其在SERS中的应用

表面等离激元催化反应为表面过程的拓展提供了一条新的途径,但在单一贵金属表面的反应效率往往较低,因此发展符合纳米结构已经成为该领域的研究热点。通过合成八面体的氧化亚铜(Cu₂O),并引入高均匀性和高SERS活性的金纳米粒子单层膜(Au MLF),将两者完全结合,构建了Cu₂O-Au复合异质结SERS基底。以对硝基苯硫酚(PNTP)为探针,通过表面增强拉曼光谱(SERS)研究了Cu₂O-Au表面等离激元驱动的偶联反应。结果表明,Cu₂O与Au MLF的复合,其SERS性能及催化活性都得到了较大的提升,为发展高性能的新型复合纳米结构提供了实验基础。     

超快激光对涂有量子点玻璃表面的微构造

基于金属量子点的局域等离激元效应,提出一种新的固体介质表面微结构的制备方法。利用飞秒激光辐照涂有Cu2S量子点的K9玻璃,在其表面制备出了类似光栅结构的亚波长周期性条纹。当飞秒激光的中心波长为1300 nm、脉宽为50 fs、激光功率为230 mW时,玻璃表面的亚波长周期性条纹结构尺寸为34 nm。通过模拟得到了附有Cu2S量子点玻璃表面的近场分布,模拟结果表明,出现这种周期性条纹结构是入射飞秒激光与量子点产生的等离激元场之间产生干涉引起的。该制备方法可以降低透明介质微构造的激光功率阈值,改善了透明基质表面的微纳结构加工工艺。     

纳米银六角阵列在掺氧氮化硅中的局域表面等离激元共振特性仿真

通过COMSOL Multiphysics 和 Lumerical FDTD solution对不同尺寸纳米银六角阵列在非晶态掺氧氮化硅(a-SiN_x:O)介质中的局域表面等离激元共振(LSPR)特性进行仿真, 计算结果表明半径为25 nm的纳米银六角阵列形成的局域表面等离激元(LSP)与厚度为70 nm的a-SiN_x:O的蓝光发射(460 nm)的共振效果最为显著, 随着纳米银颗粒尺寸的增大其消光共振峰红移. 在460 nm波长激发下半径为25 nm的纳米银阵列在a-SiN_x:O中的极化强度和表面极化电荷的分布模拟证明了该阵列在460 nm激发下形成的LSP为偶极子极化模式, 通过对该尺寸的纳米银阵列的LSP 在a-SiN_x:O中的最强垂直辐射空间计算, 获得了银颗粒上方a-SiN_x:O的最佳厚度为30 nm, 仿真结果对硅基蓝光发射器件(450–460 nm)的设计提供了重要的理论参考.     

D3h和D4h等离激元超分子的Fano共振光谱的 子集合分解解释

针对D_3h和D_4h对称构型金属纳米多颗粒集合即等离激元超分子表面等离激元共振光谱的子集合分解及其相对应的Fano共振光谱低谷的产生机理, 本文运用群论的方法做出了详细的分析研究. 运用与群论中求解分子简正振动模式类似的方法, 推导证实了在线偏振光入射时, D_nh环形多颗粒只有2个电偶极表面等离激元共振模式, 增加中心颗粒会使模式增加1个. 对D_3h和D_4h等离激元超分子的表面等离激元共振模式进行不可约表示基向量正交分解分析表明, Fano共振光谱低谷是由于两个起主要作用的相邻模式包含有共同的正交基向量, 并形成相消干涉而产生. 这进一步验证了Fano共振光谱低谷的起源除传统观点(即源自于宽频超辐射亮模式和窄频低辐射暗模式之间的耦合)之外的另一种解释视角.     

表面等离激元共振生物传感分析及应用

基于物理中发生在金属表面的表面等离激元现象 ,阐述表面等离激元共振生物传感分析原理 ;进而建立表面等离激元共振生物传感成像。给出应用表面等离激元共振研究生物单元相互作用的实例。     

表面等离激元量子信息应用研究进展

近年来表面等离激元得到了越来越多的关注和研究,得益于其能把电磁场束缚在金属-介质界面附近的亚波长尺度范围内.本文回顾了近年来表面等离激元在量子信息领域中的理论和实验研究,包括表面等离激元的基本量子性质、表面等离激元量子回路、在量子尺度下与物质的相互作用及其潜在应用.量子表面等离激元开辟了对表面等离激元基本物理性质研究的新方向,可以应用于高度集成化的量子集成光学回路,同时也可以用来增强光与量子发光体的相互作用.     

表面等离激元耦合体系及其光谱增强应用

当入射电磁波频率与金属微纳米结构中自由电子的集体振荡频率相当时,金属微纳米结构中激发表面等离激元共振,其共振电磁场被强束缚在亚波长尺度以下界面附近,使其具备极大的电磁场局域能力.这一效应可以极大程度地增强电磁波与物质的相互作用,在金属表面等离激元耦合体系中尤为明显.本文简述了表面等离激元耦合效应、模式耦合理论以及对应的结构耦合体系.另外,还介绍了一类典型耦合体系在光谱增强中的重要应用,主要包括增强折射率传感、表面增强红外吸收、表面增强拉曼散射、表面增强光学非线性效应等.     

表面等离激元线光栅的有限元法研究

近几年,随着光栅和表面等离子体激元的相关理论和研究的进一步深入,基于表面等离激元光栅问题引起广泛关注。随着器件微型化、高集成化的发展,表面等离激元凭借其自身独特性质,对于以光栅为基础的器件的研究发展做出了巨大贡献。本文基于有限元法对表面等离激元光栅进行研究,通过COMSOL软件对介质基板上线光栅入射的平面电磁波进行了有限元仿真建模和分析,计算了横电波TE波和横磁波TM波的折射、镜面反射和一阶衍射的透射和反射系数。研究结果显示所有系数之和始终小于1,TE波入射时镜面反射系数的值随入射角而相对稳定地增大,当TM波入射时这种情况更加明显,大约一半的波被导线吸收,TM波的另一个重要特征是50～60°附近几乎不发生镜面反射。     

量子等离激元光子学在若干方向的最新进展

等离激元光子学是围绕表面等离激元的原理和应用的学科,是纳米光学的重要组成部分.表面等离激元的本质是局域在材料界面纳米尺度内的多电子元激发.这一元激发可以与电磁场强烈耦合,使得我们可以通过纳米尺度结构接收,调控和辐射微米尺度光信息,并由此衍生出等离激元光子学的诸多应用.近年来,随着纳米加工尺度逼近量子极限,等离激元的量子特性受到了广泛关注.量子尺度的等离激元承接电子的波动性和光的粒子性,以其独特的內禀属性,在量子信息、高效光电器件、高灵敏探测等方面表现出十分诱人的前景.本综述重点介绍量子等离激元近年来的发展现状,回顾相关理论的发展以及与等离激元量子特性相关的一些突破性成果.最后对量子等离激元未来的发展进行了展望.     

K,Na掺杂Cu-S纳米晶的水热合成及对结构、性能的影响

利用水热合成技术, 分别以CuCl₂·2H₂O, 硫粉为铜源和硫源, 以KOH或NaOH为矿化剂, 成功合成了Cu₂S纳米晶体和碱金属离子掺杂的KCu₇S₄纳米线和NaCu₅S₃ 微纳米球. 通过X射线衍射(XRD)、电子能谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨率透射电镜 (HRTEM) 对产物的结构和形貌进行了表征和分析. 结果显示: KOH含量低于1g或NaOH低于2g时, 产物为斜方辉铜矿Cu₂S; 高碱含量 (不低于3g) 时, K或Na离子成功掺入产物结构中, K掺杂产物为纯净的四方相KCu₇S₄, 单晶结构, 尺寸均匀, 长度可达几十微米的纳米线; Na掺杂未改变产物的形貌, 形成六方晶系结构的NaCu₅S₃. 产物的形成和生长与反应温度、反应时间和矿化剂密切相关. 并讨论了Cu₂S纳米晶及其掺杂纳米晶的形成机理及掺杂机理. 最后研究了碱金属离子掺杂对产物的光学性能的影响, 漫反射光谱显示Cu₂S, KCu₇S₄和NaCu₅S₃纳米晶的光学带隙分别为1.21eV, 0.49eV和0.42eV, K⁺和Na⁺的掺杂, 极大的改变了产物的光学特性. 关键词： 7S₄')" href="#">KCu₇S₄ 5S₃')" href="#">NaCu₅S₃ 水热法 掺杂     

Ti Impurity Effect on the Optical Coefficients in 2D Cu_2Si: A DFT Study

The electronic and optical properties of 2D Cu_2Si and Cu_2Si:Ti are investigated based on the density functional theory(DFT) using the FP-LAPW method and GGA approximation. The 2D Cu_2Si has metallic and non magnetic properties, whereas adding Ti impurity to its structure changes the electronic behavior to the half-metallic with 3.256μB magnetic moment. The optical transition is not occurred in the infrared and visible area for the 2D Cu_2Si in x-direction and by adding Ti atom, the real part of dielectric function in the x-direction, Re(ε(ω))_x is reached to a Dirac peak at this energy range. Moreover, the absorption gap tends to zero in x-direction of the 2D Cu_2Si:Ti.     

Small band gap and high ionic conduction in Cu2S

Far-infrared reflectivity spectra of Cu₂S have been measured from 20 to 700 cm⁻¹ at several temperatures through the superionic transition temperature T_c. Many bands and two broad bands were observed at low and high temperatures, respectively. From the spectra, we determined optical dielectric constant _∞, the angular frequencies of longitudinal (LO) and transverse (TO) optical phonons, and transverse effective charge. Based on these values, we suggest significant role of small band gap for high ionic conduction with small activation energy and the possibility of lattice distortion arising from an enhanced effective charge. Anomalous temperature dependence has been found for _∞ and TO–LO splitting.     

具有本征低晶格热导率的硫化银快离子导体的热电性能

硫化银(Ag_2S)是一种典型的快离子导体材料,前期关于Ag_2S的研究主要集中在光电和生物等领域.最近的研究表明, a-Ag_2S具有和金属一样的良好延展性和变形能力.但是, Ag_2S的热电性能尚无公开报道.本工作合成了单相Ag_2S化合物,系统研究了其在300—600 K范围的物相变化、离子迁移特性和电热输运性质.研究发现, Ag_2S在300—600 K温度区间表现出半导体的电输运性质.由于单斜-体心立方相晶体结构转变, Ag_2S的离子电导率、载流子浓度、迁移率、电导率、泽贝克系数等性质在455 K前后出现急剧变化.在550 K, Ag_2S的功率因子最高可达5μW·cm~(–1)·K~(–2). Ag_2S在300—600 K温度区间均表现出本征的低晶格热导率(低于0.6 W·m~(–1)·K~(–1)). S亚晶格中随机分布的类液态Ag离子是导致b-Ag_2S体心立方相具有低晶格热导率的主要原因.在573 K, Ag_2S的热电优值可达0.55,与Ag_2Se, Ag_2Te, CuAgSe等已报道的Ag基快离子导体热电材料的性能相当.     

热-电应力下Cu/Ni/SnAg_(1.8)/Cu倒装铜柱凸点界面行为及失效机理

微互连铜柱凸点因其密度高、导电性好、噪声小被广泛应用于存储芯片、高性能计算芯片等封装领域,研究铜柱凸点界面行为对明确其失效机理和组织演变规律、提升倒装封装可靠性具有重要意义.采用热电应力实验、在线电学监测、红外热像测试和微观组织分析等方法,研究Cu/Ni/SnAg_1.8/Cu微互连倒装铜凸点在温度100—150℃、电流密度2×10~4—3×10~4 A/cm~2热电应力下的互连界面行为、寿命分布、失效机理及其影响因素.铜柱凸点在热电应力下的界面行为可分为Cu_6Sn_5生长和Sn焊料消耗、Cu_6Sn_5转化成Cu_3Sn、空洞形成及裂纹扩展3个阶段,Cu_6Sn_5转化为Cu_3Sn的速率与电流密度正相关.热电应力下,铜凸点互连存在Cu焊盘消耗、焊料完全合金化成Cu_3Sn、阴极镍镀层侵蚀和层状空洞4种失效模式.基板侧Cu焊盘和铜柱侧Ni镀层的溶解消耗具有极性效应,当Cu焊盘位于阴极时,电迁移方向与热迁移方向相同,加速Cu焊盘的溶解以及Cu_3Sn生长,当Ni层为阴极时,电迁移促进Ni层的消耗,在150℃,2.5×10~4 A/cm~2下经历2.5h后,Ni阻挡层出现溃口,导致Ni层一侧的铜柱基材迅速转化成(Cu_x,Ni_y)_6Sn_5和Cu_3Sn合金.铜柱凸点互连寿命较好地服从2参数威布尔分布,形状参数为7.78,为典型的累积耗损失效特征.研究结果表明:相比单一高温应力,热电综合应力显著加速并改变了铜柱互连界面金属间化合物的生长行为和失效机制.     

Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池的研究进展

介绍了近年来低成本Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池方面的研究进展.应用于光伏器件的吸收层材料Cu_2O是直接带隙半导体材料,天然呈现p型;其原材料丰富,且对环境友好.Cu_2O/ZnO异质结太阳电池结构主要有平面结构和纳米线/纳米棒结构.纳米结构的Cu_2O太阳电池提高了器件的电荷收集作用;通过热氧化Cu片技术获得的具有大晶粒尺寸平面结构Cu_2O吸收层在Cu_2O/ZnO太阳电池应用中展现出了高质量特性.界面缓冲层(如i-ZnO,a-ZTO,Ga_2O_3等)和背表面电场(如p~+-Cu_2O层等)可有效地提高界面处能级匹配和增强载流子输运.10 nm厚度的Ga_2O_3提供了近理想的导带失配,减少了界面复合;Ga_2O_3非常适合作为界面层,其能够有效地提高Cu_2O基太阳电池的开路电压V_(oc)(可达到1.2 V)和光电转换效率.p~+-Cu_2O(如Cu_2O:N和Cu_2O:Na)能够减少器件中背接触电阻和形成电子反射的背表面电场(抑制电子在界面处复合).利用p型Na掺杂Cu_2O(Cu_2O:Na)作为吸收层和Zn_(1-x)Ge_x-O作为n型缓冲层,Cu_2O异质结太阳电池(器件结构:MgF_2/ZnO:Al/Zn_(0.38)Ge_(0.62)-O/Cu_2O:Na)光电转换效率达8.1%.氧化物异质结太阳电池在光伏领域展现出极大的发展潜力.     

混合表面等离子体激元的纳米激光器设计

为了实现纳米激光器的性能优化,设计了一种基于纳米线、半圆形氟化镁、三角形空气槽和金属脊结构的纳米激光器模型。模型中耦合在低折射率电介质层中的SPP模式和纳米线波导可以在低折射率间隙下像电容器那样存储光能,从而使低折射率的空气槽场强明显增大。应用有限元法在COMSOL Multiphysics软件下,分析了该纳米激光器模型的电场分布、模式特性、品质因数和增益阈值随着设计结构几何参数变化的规律,通过各部分折线图的综合分析来得出模型性能的数据。分析表明：该模型的光场约束能力较强且传播损耗较低,其中归一化面积最小可达到0.004 8,有效传输损耗最小可达到0.002。波导模场区域和限制因素表明,该激光器模型可以实现输出光场的亚波长约束。该模型基本实现了低增益阈值、低传输损耗和高品质因数的要求。     

CuTe,Cu2和Cu2Te的结构与势能函数

在Cu和Te的RECP(Relativistic Effective Core Potential)近似下,运用B3LYP方法,在LANL2DZ基组水平上对CuTe,Cu₂和Cu₂Te分子体系的结构进行优化计算.结果表明,CuTe和Cu₂分子的基电子状态分别为²Π和¹∑_g⁺,Cu₂Te分子的基态为单重态的C_2V构型,其电子状态为¹A₁.同时还计算了Cu₂Te分子基态的离解能、力常数和振动频率.采用最小二乘法拟合出CuTe和Cu₂分子Murrell-Sorbie势能函数参数.在此基础上,运用多体展式理论方法导出Cu₂Te分子基态势能函数的解析表达式,其势能面准确复现了平衡态的结构特征.     

Cuprite, paramelaconite and tenorite films deposited by reactive magnetron sputtering

Copper oxides films (Cu₂O, Cu₄O₃ and CuO) have been deposited by magnetron sputtering of a copper target in various Ar–O₂ reactive mixtures. The films are characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, four-point probe method and UV-Vis spectrometry. The three defined compounds in the Cu---O binary system can be deposited by varying the oxygen flow rate introduced into the reactor. All the films are crystallized with a mean crystal size ranging from 10 to about 35 nm. They are highly resistive and present a direct optical band gap higher than 2 eV. The application of a bias voltage during the deposition phase modifies the texture of the Cu₂O films and also induces a preferential resputtering of oxygen from the Cu₄O₃ ones. This resputtering phenomenon leads firstly to the occurrence of the cuprite phase mixed with the paramelaconite one and secondly to the amorphisation of the films. Finally, the thermal stability in air of cuprite, paramelaconite and tenorite films has been investigated. The results show that the stability of Cu₂O and Cu₄O₃ films in air is influenced by the thickness and/or the texture of the films. Tenorite films with a low optical band gap (1.71 eV) can be formed after air annealing at 350 °C of an unbiased cuprite film.     

Effective transfer for singlets formed by hole doping in the high-Tc superconductors

By comparing the exact results of an extended multiband Hubbard Hamiltonian for Cu₂O₇ and Cu₂O₈ clusters to those obtained from an effective single band Hamiltonian, we show that the low energy scale physics is very well described by a t-t′-J model which describes the motion of singlets in an antiferromagnetic background of spins. We obtain values for t, t′ and J for both hole and electron doping and show that these are different. We also study the dispersion relations and density of states within the quasi particle approximation both of which show rather interesting characteristics which could be relevant for high T_c superconductors.