电介质球复合纳米天线对荧光定向发射的增强

在纳米光子学中,提高荧光物质的定向发光强度是许多应用要解决的关键问题。为了优化电介质纳米天线的荧光增强能力,本文提出了一种由硅纳米球二聚体与TiO 2微球组成的电介质球复合纳米天线。通过时域有限差分法,本文分别从量子产率增强、荧光收集效率增强以及荧光激发率增强3个方面研究了该复合纳米天线对荧光的增强效果。结果表明,这种复合纳米天线不仅可以解决单个TiO 2微球增强荧光时量子产率较低的问题,还可以弥补单个硅纳米球二聚体增强荧光时荧光收集效率较差的不足。该复合纳米天线可使CdSe量子点的量子产率增强约4倍、荧光收集效率增强约2倍。此外,由于硅纳米球二聚体与TiO 2微球对荧光激发过程具有增强效果,该复合天线最终可以产生较高的荧光定向增强倍数。在量子点发光的中心波长523 nm处,荧光定向增强约为3064倍。     

金属-电介质复合结构实现荧光远场增强

本文提出一种大尺度的金属-电介质复合微纳结构(银-硅结构),用于提高荧光生物检测的灵敏度及解决荧光物质距离结构远场范围时荧光增强的近场局限。这种大尺度的金属-电介质复合微纳结构与之前的金属-电介质复合微纳结构不同,其通过光的散射和干涉实现了荧光物质距离结构远场范围时的荧光增强。在本文中,通过采用时域有限差分法,主要从荧光激发和荧光发射两个过程研究银-硅结构。结果表明,在激发过程中,银-硅结构的荧光强度高于玻璃结构且位于银-硅结构两柱之间的狭缝中的电场分布比金属结构(银结构)更均匀,因此在银-硅结构中可以实现荧光增强,而且分子运动行为的检测更准确。在发射过程中,当荧光纳米粒子距离结构远场范围内时,与玻璃相比,银-硅结构可以实现更好的荧光增强效果。利用银-硅结构实现荧光增强的机理是光的散射和干涉,荧光被银膜向上散射,同时,结构两侧的银/硅柱也散射一部分荧光,荧光相互干涉传播至远场实现荧光增强。此外,银-硅结构易于制备和集成。因此,其可以很好地应用于生物传感领域。     

金属-电介质复合结构实现荧光远场增强（英文）

本文提出一种大尺度的金属-电介质复合微纳结构(银-硅结构),用于提高荧光生物检测的灵敏度及解决荧光物质距离结构远场范围时荧光增强的近场局限。这种大尺度的金属-电介质复合微纳结构与之前的金属-电介质复合微纳结构不同,其通过光的散射和干涉实现了荧光物质距离结构远场范围时的荧光增强。在本文中,通过采用时域有限差分法,主要从荧光激发和荧光发射两个过程研究银-硅结构。结果表明,在激发过程中,银-硅结构的荧光强度高于玻璃结构且位于银-硅结构两柱之间的狭缝中的电场分布比金属结构(银结构)更均匀,因此在银-硅结构中可以实现荧光增强,而且分子运动行为的检测更准确。在发射过程中,当荧光纳米粒子距离结构远场范围内时,与玻璃相比,银-硅结构可以实现更好的荧光增强效果。利用银-硅结构实现荧光增强的机理是光的散射和干涉,荧光被银膜向上散射,同时,结构两侧的银/硅柱也散射一部分荧光,荧光相互干涉传播至远场实现荧光增强。此外,银-硅结构易于制备和集成。因此,其可以很好地应用于生物传感领域。     

球壳结构金阴极及其X射线光电发射特性

以聚苯乙烯微球为模板, 采用种子-生长法在聚苯乙烯微球表面镀覆金球壳层, 以不同浓度旋涂分散在阴极衬底上, 热处理去除聚苯乙烯模板, 初步制备出表面具有金球壳结构的反射式金阴极样品, 通过金相显微镜和扫描电镜研究其表面形貌, 结果表明: 阴极表面球壳的直径约为10 μm, 高温去除聚苯乙烯微球模板后金沉积层具有良好的自支撑性, 球壳厚度约70-90 nm, 球壳表面主要由30-60 nm的晶粒突起组成. X射线光电发射测试表明, 反射式球壳结构阴极在200-1500 eV波段光电效率相对于平面薄膜阴极有明显提升, 其量子效率可达到平面阴极的3倍以上, 理论分析表明: 球壳结构阴极特殊的表面结构引起光电发射面积的增大和表面势垒的降低, 是阴极光电发射效率提高的主要原因.     

Fe_3O_4@SiO_2@CdTe磁性荧光复合微球的制备与表征

采用水热合成法和Stber法制备了氨基功能化SiO2包覆的Fe3O4磁性纳米微球Fe3O4@SiO2-NH2,它与巯基乙酸修饰的CdTe量子点通过酰胺缩合反应,将量子点键合到磁性微球上,制备出单分散性的Fe3O4@SiO2@CdTe磁性荧光双功能微球.用透射电子显微镜、X-射线衍射仪、荧光分光光度计、振动样品磁强计表征了该纳米复合微球的结构和性能.结果表明:Fe3O4@SiO2@CdTe磁性荧光复合微球单分散性好,平均粒径为470nm,饱和磁化强度为37.9emu/g,具有良好的超顺磁性和较高的荧光发光效率.     

Au/Au2S复合纳米球壳微粒的发光特性

观测了金纳米球壳微粒（纳米级Au2S介质外包裹一层纳米级厚的金壳）的荧光光谱，与块状Au2S的荧光峰相比，金纳米球壳的荧光峰蓝移到蓝绿区域，蓝移的主要原因是核－壳纳米复合结构中的表面态和量子尺寸效应。     

金属-电介质-金属柔性结构增强荧光发射

增强荧光发射可以提高荧光检测灵敏度、提高LED的亮度,在提高发光器件性能方面具有重要意义。由于金属结构在增强局域场、增强荧光发射方面具有很好效果,而柔性电介质材料具有灵活的可弯曲性特性,本文提出一种由金属-电介质-金属（MDM）组成的柔性结构以增强荧光发射。利用时域有限差分方法系统研究了该结构对量子点定向发射增强的影响。理论计算表明柔性MDM结构局部起伏和弧度对荧光增强起促进作用,且可以使位于结构中心位置量子点的量子效率增强约7倍。此外,还可以改变电介质的折射率和厚度从而实现目标波长的可调谐性。实验结果表明该柔性MDM结构对荧光增强有一定的促进作用,这一发现对未来的显示技术和柔性发光器件都有很大的价值,对高效柔性器件的开发应用具有一定的指导意义。     

Ag@Fe_3O_4@C-CdTe@SiO_2磁性荧光复合微球的制备与光学特征（英文）

先采用一步溶剂热法和水热法制备了碳包覆的Ag@Fe_3O_4核壳型磁性纳米粒子,然后通过表面氨基化改性后与巯基乙酸修饰的CdTe量子点反应,将量子点键合到磁性微球上,最后在其表面包覆上一层二氧化硅壳层,制备出具有荧光增强的Ag@Fe_3O_4@C-CdTe@SiO2磁性荧光复合材料。实验结果表明,该纳米粒子的平均粒径大约为150nm,磁饱和强度为224A/g(22.4emu/g),在室温下具有较好的磁性能。其中Ag@Fe_3O_4@C-CdTe磁性荧光纳米粒子的荧光强度大于Fe_3O_4@C-CdTe,其主要原因是内核为45nm的Ag纳米粒子具有表面等离子体共振作用,能够使其表面或附近的量子点荧光得到增强。     

光学共振增强的表面铯激活银纳米结构光阴极

金属光阴极因其超短脉冲发射和运行寿命长的特性从而具有重要应用价值,但是较高的功函数和较强的电子散射使其需要采用高能量紫外光子激发且光电发射量子效率极低.本文利用Mie散射共振效应增强银纳米颗粒中的局域光学态密度,提升光吸收率和电子的输运效率,并利用激活层降低银的功函数,从而增强光阴极在可见光区的量子效率.采用时域有限差分方法分析银纳米球阵列的光学共振特性,采用磁控溅射和退火工艺在银/氧化锡铟复合衬底上制备银纳米球,紧接着在其表面沉积制备铯激活层,最后在高真空腔体中测试光电发射量子效率.实验结果表明平均粒径150 nm的银纳米球光阴极在425 nm波长的量子效率超过0.35%,为相同激活条件下银薄膜光阴极的12倍,峰值波长与理论计算的Mie共振波长相符合.     

微腔增强发射的半导体量子点单光子源

单光子源是实现量子密匙分配、线性光学量子计算的基本单元。作者回顾了单光子源在量子信息科学发展中的作用,讨论了光子的统计特性,分析了具有类似原子二能级结构的半导体量子点作为单光子发射源的特点,介绍了微腔与二能级系统的耦合以及微腔量子电动力学基本原理。在弱耦合区,Purcell效应导致微腔中量子点激子复合寿命降低,因此可用微腔来改善量子点单光子发射效率。文章总结了近年来在半导体微腔增强量子点单光子发射领域的进展,探讨了分布式布拉格反射微腔、柱状微腔和光子晶体微腔等结构对改善半导体量子点单光子发射和收集效率、光子极化以及光子全同性等方面的作用,并对未来半导体量子点单光子源的发展进行了展望。     

缩合法合成磁性荧光高分子CdTe@Fe_3O_4/P(NIPAM-co-AA)复合微球及其表征

具有超顺磁性和荧光特性的CdTe@Fe_3O_4/P(NIPAM-co-AA)多功能复合微球是以P(NIPAMco-AA)为模板制备而成.首先,采用溶胀法使模板微球带有磁性;其次,辅助TEOS和APTES两种化学试剂实现对Fe_3O_4/P(NIPAM-co-AA)微球表面的氨基功能化;最后,携带氨基的磁性微球与巯基乙酸修饰的CdTe量子点通过酰胺缩合反应,将量子点键合到磁性微球表面上,最终获得单分散的磁性荧光高分子复合微球.分别采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、倒置荧光显微成像系统、荧光分光光度计以及振动样品磁强计等方法对所获复合材料的结构与性能进行了表征.结果表明:复合微球单分散性良好,平均粒径约为30μm,饱和磁化强度可达5.4emu/g,具有良好的超顺磁性和较高的荧光发光效率.该材料将磁性、荧光结合到微米级高分子共聚物上,不仅解决了纳米粒子分离和处理的困难,而且奠定了多功能材料在生物标记、荧光成像等诸多领域潜在的应用基础.     

纳米金膜及金壳表面局域等离激元对 上转换荧光波长的选择调控

基于贵金属表面局域等离子体共振(LSPR)调控上转换荧光的研究绝大部分集中于纳米颗粒或纳米棒,即使同一复合结构对上转换荧光(UCL)也有或增强或猝灭的截然相反的报道,而对于进一步提高上转换荧光材料的效率和强度以满足更广泛的应用需求则越来越引起人们高度关注。本文通过构筑两种纳米金/上转换纳米晶复合结构,系统研究了各自的表面局域等离激元对上转换荧光的增强和猝灭效应,基于微结构表征及对稳态、瞬态荧光光谱的分析,阐述了波长依赖的上转换荧光增强和猝灭机理。结果显示超薄纳米金壳结构对Ho~(3+)、Fe~(3+)共掺杂纳米晶的绿光发射选择性地增强了25倍,源于激发光能量与LSPR能量匹配的激发增强机制,而在覆盖有超薄纳米金膜的上转换纳米晶复合结构中却观察到了金膜引起的Er上转换荧光猝灭,同时红绿比随金膜厚度增加而增大,来自于金膜对激发光的散射、金膜的LSPR吸收带与绿光发射能级耦合引起无辐射跃迁几率增加,绿光上转换荧光强度下降相对显著,UCL寿命变短。     

金纳米颗粒光散射提高InAs单量子点荧光提取效率

采用光学方法确定InAs/GaAs单量子点在样品外延面上的位置坐标, 利用AlAs牺牲层把含有量子点的GaAs层剥离并放置在含有金纳米颗粒或平整金膜上, 研究量子点周围环境不同对量子点自发辐射寿命及发光提取效率的影响. 实验结果显示, 剥离前后量子点发光寿命的变化小于13%, 含有金纳米颗粒的量子点发光强度是剥离前的7倍, 含有金属薄膜的量子点发光强度是剥离前的2倍. 分析表明在金纳米颗粒膜上的量子点荧光强度的增加主要来自于金纳米颗粒对量子点荧光的散射效应, 从而提高量子点发光的提取效率.     

Ag@Fe3O4@C-CdTe@SiO2磁性荧光复合微球的制备与光学特征

先采用一步溶剂热法和水热法制备了碳包覆的Ag@Fe₃O₄核壳型磁性纳米粒子,然后通过表面氨基化改性后与巯基乙酸修饰的CdTe量子点反应,将量子点键合到磁性微球上,最后在其表面包覆上一层二氧化硅壳层,制备出具有荧光增强的Ag@Fe₃O₄@C-CdTe@SiO₂磁性荧光复合材料。实验结果表明,该纳米粒子的平均粒径大约为150 nm,磁饱和强度为224 A/g（22.4 emu/g）,在室温下具有较好的磁性能。其中Ag@Fe₃O₄@C-CdTe磁性荧光纳米粒子的荧光强度大于Fe₃O₄@C-CdTe,其主要原因是内核为45 nm的Ag纳米粒子具有表面等离子体共振作用,能够使其表面或附近的量子点荧光得到增强。     

基于深亚波长双层媒质的钙钛矿量子点荧光增强

近年来,利用金属纳米结构表面等离激元共振提高半导体材料的发光效率取得了重要进展,但是相关结构体系面临着加工技术复杂、重复性差等缺点。本文报道了一种新型超薄、大面积、共振可调的平面双层纳米媒质用于增强量子点发光,其结构由深亚波长厚度、高吸收率特性的氧化铜(CuO)薄膜和金(Au)薄膜构成。实验结果显示,通过改变CuO薄膜厚度可以灵活调节CuO/Au双层堆栈结构的反射光谱,以其为基底旋涂CsPbBr_3钙钛矿量子点后与裸石英旋涂CsPbBr_3量子点参考样品相比实现了最大7倍的荧光发光增强。理论分析表明,荧光增强效应与强光学非对称法布里-珀罗薄膜干涉引起的高效光吸收和局域场增强导致的自发辐射速率加快相关。     

GaAs间隔层厚度对InAs/GaAs量子点分子光学性质的影响

采用光致荧光发射谱(PL)和时间分辨荧光发射谱(TRPL)研究了GaAs间隔层厚度对自组装生长的双层InAs/GaAs量子点分子光学性质的影响.首先,测量低温下改变激发强度的PL谱,底层量子点和顶层量子点的PL强度比值随激发强度发生变化,表明两层量子点之间的耦合作用和层间载流子的转移随着间隔层厚度变大而变弱.接着测量改变温度的PL谱,量子点荧光光谱峰值位置(Emax)、半峰全宽及积分强度随温度发生变化,表明GaAs间隔层厚度直接影响到量子点内载流子的动力学过程和量子点发光的热淬灭过程.最后,TRPL测量发现60mL比40mL间隔层厚度样品的载流子隧穿时间有明显延长.     

金纳米粒子增强钙钛矿的荧光发射

有机-无机杂化钙钛矿材料在钙钛矿发光二极管(PeLEDs)和激光器等光电器件中得到了新的应用,如何进一步提高钙钛矿薄膜的发光效率是目前的研究热点。将20nm粒径的金纳米粒子(Au NPs)掺杂至界面层PEDOT∶PSS中,可使以甲胺铅溴盐(CH3NH3PbBr3)薄膜为发光层的荧光强度提升了2.7倍。研究表明,Au NPs的引入有效增强了CH3NH3PbBr3薄膜的吸收,并提高了激子的辐射跃迁速率。同时,结合光学仿真进行分析,发现Au NPs的近场和远场表面等离激元均与钙钛矿薄膜吸收/发射区域有效耦合,从而最大程度地提高发光效率。提出利用Au NPs的近场和远场复合表面等离激元效应可最大程度地提高钙钛矿薄膜的荧光发射效率,该研究对制备高效率PeLEDs和激光器等提供了重要的理论指导和技术支持。     

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。     

Au-Au2S复合纳米球壳微粒的空腔谐振及参量讨论

Au-Au2S复合纳米球壳微粒（金纳米球壳），是一种新型复合结构的纳米微粒，其结构为纳米级的Au2S介质球外包裹了一层几个纳米厚的黄金球壳。这种复合纳米球壳微粒可以被抽象为球型谐振腔。报道了它的空腔谐振吸收的实验结果，并且运用经典理论结合介观结构特征，讨论了有关Au-Au2S复合纳米球壳微粒空腔谐振吸收的一些重要参量，其中包括谐振吸收波长、品质因数、谐振能量等。另外，还讨论了金球壳的厚度对这些重要参量的影响。     

ZnO@GQDs核壳结构量子点的制备及性能研究

采用原位聚合法制备了以ZnO量子点为核、石墨烯量子点（GQDs）为壳的ZnO@ GQDs核壳结构量子点。通过TEM和HR-TEM对量子点进行形貌和结构的分析表征。结果表明,合成的ZnO@ GQDs核壳结构量子点为球形,粒径为～7 nm,且尺寸均匀。PL光谱研究表明,新型量子点的发射峰位于369 nm,发光峰窄、强度高;相对于ZnO的本征发射峰,GQDs的引入使得ZnO@GQDs核壳量子点的荧光发射峰出现蓝移、强度变高,从而使复合量子点的荧光具有较纯的色度和较高的强度,说明GQDs的引入具有协同优化效应。该量子点有望应用于LED显示器件。