【摘 要】
：
纳米光子学是光学和纳米科学相结合的一个新兴领域,旨在实现亚波长尺度下对光的操控和研究光与纳米尺度物体的相互作用,在量子物理、光催化化学以及生物传感等领域有着广泛的应用。自由空间光子与振荡电荷耦合形成的极化激元为这一目标提供了有效的途径。散射型扫描近场光学显微镜具有突破衍射极限的纳米级空间分辨率,可以在实空间对极化激元进行探测和成像。但极化激元的深入研究需要了解它们的光谱信息,故进一步发展近场成像技
【机 构】
：
中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【出 处】
：
中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
论文部分内容阅读
纳米光子学是光学和纳米科学相结合的一个新兴领域,旨在实现亚波长尺度下对光的操控和研究光与纳米尺度物体的相互作用,在量子物理、光催化化学以及生物传感等领域有着广泛的应用。自由空间光子与振荡电荷耦合形成的极化激元为这一目标提供了有效的途径。散射型扫描近场光学显微镜具有突破衍射极限的纳米级空间分辨率,可以在实空间对极化激元进行探测和成像。但极化激元的深入研究需要了解它们的光谱信息,故进一步发展近场成像技术,使其表征同时具有空间和光谱分辨率,对极化激元学的研究非常重要。目前,对极化激元材料的研究主要集中于石墨烯和氮化硼。石墨烯等离激元对自由空间光拥有高的空间局域性且电学可控,但传播寿命较短,仅有百飞秒量级。氮化硼声子极化激元的寿命可以达到皮秒量级,但只能存在于波数范围较窄的剩余射线带内,并且由于宽的能隙,声子极化激元很难实现主动调控。所以寻找更好的极化激元材料以及新的方法调控极化激元是推动纳米光子学发展的主要因素。论文主要包括三个部分:1.搭建了超高空间分辨率红外光谱系统,使其对材料的表征同时拥有空间（～10 nm）和光谱分辨率(～6.25 cm-1)。2.利用近场成像技术首次对砷化铟纳米线表面等离激元进行了实空间成像,并结合数值模拟研究了其相关物理性质,发现表面等离激元同时具有高的空间局域性和低的传播损耗。同时,通过改变纳米线直径和衬底实现了对表面等离激元性质的调控,包括波长、色散、局域因子以及传播衰减。这一发现为极化激元材料提供了一个新的选择。3.通过数值模拟,研究了相变材料作为衬底对氮化硼声子极化激元传播的调控,结果表明利用相变材料两种相域提供的不同介电环境可以实现对声子极化激元波前的调控以及亚波长聚焦。相变材料两相域间的可逆转换以及对极化激元材料的无损坏性,为极化激元的调控提供了一种新思路。
其他文献
近年来纯自旋流的研究已经成为自旋电子学方向的研究重点,它在自旋传输过程中允许只有自旋的传递,没有电荷的输运,因而拥有热耗低、角动量转移效率高、无奥斯特场产生等优势。产生纯自旋流的方式很多,主要有:非局域自旋阀、自旋霍尔效应、自旋塞贝克效应、自旋泵浦效应等。根据其产生纯自旋流方式的不同,目前自旋电子学已进一步发展出一系列分支,包括:自旋-轨道电子学（spin orbitronics）,自旋卡诺电子学
自量子霍尔效应被发现以来,拓扑电子态因其独特的性质受到了人们的广泛关注。人们已经在物理模型和材料实现方面对平衡拓扑电子态有了很深入的认识。然而,因研究方法的缺乏和系统的复杂性,非平衡拓扑物态的研究仍然停留于简单物理模型上。作为非平衡态之一,时间周期驱动体系呈现出了丰富的拓扑相,这使得真实材料系统的预测更加迫切,并预示着在其中发现新拓扑现象的可能性。本文致力于用第一性原理计算和物理模型分析相结合的方
极化激元学研究的是入射光光子与材料中各种粒子耦合形成的新的电磁场模式。对极化激元的研究本质上都是求解麦克斯韦方程组的过程,是计算自由电子响应、声子响应或其它响应引起的负的材料介电常数实部下的感应电磁场。极化激元是局域在材料界面传播的电磁场,可以突破传统的衍射极限,实现亚波长尺度上的电磁场操控,增强光与物质的相互作用,在信息、物理、化学、生物、能源等领域具有重要的研究意义和应用。本文中我们给出了纳米
自然界中许多基本过程,例如化学反应、超导、巨磁阻等,都受到多电子动力学的控制。强激光脉冲与原子的相互作用会产生许多非线性现象,诸如多光子电离、高次谐波产生和多电子电离等。深入理解一些简单体系的多电子动力学过程,例如氦原子的双电离过程,有助于我们理解更加复杂体系的多电子动力学过程。本论文通过数值求解含时薛定谔方程研究了氦原子在深紫外激光脉冲作用下的双光子双电离过程,主要结果总结如下:第一,基于原子结
拓扑量子态和拓扑量子材料的理论、实验研究近年来方兴未艾,成为凝聚态物理研究领域的重要前沿。拓扑序作为一种全新的物质分类概念,与对称性一样是凝聚态物理中的基础性概念。对拓扑序的深刻理解,关系到凝聚态物理研究中的诸多基本问题,例如量子相,量子相变,以及量子相中的许多无能隙元激发等。拓扑量子态的研究有两方面的重要意义:其一,由于凝聚态体系中存在诸多复杂的对称性,能够实现丰富的准粒子（元激发）。例如近年来
上个世纪80年代量子霍尔效应及相应各种新奇量子效应的发现开启了拓扑量子材料研究的新时代。由于其奇异的物性和巨大的应用前景成为凝聚态领域热门的研究课题。而拓扑量子材料在科研人员的努力下不断地发展继而出现了多个分支。他们根据不同的能带特征,可分为拓扑绝缘体、Dirac半金属、Weyl半金属、拓扑超导体和拓扑nodal line等。其中,Weyl半金属材料作为一种具有时间或者空间反演对称性破缺的拓扑半金
单个分子具有确定的空间轨道和能级结构,是天然的零维量子限域体系。以单分子晶体管为代表的单分子器件,不仅是电学器件微型化的终极极限,也是研究原子分子尺度上各种微观相互作用等基本物理问题的平台。单分子晶体管器件不仅能够在外加栅压得作用下实现单个分子级别上电子态、自旋态的控制,还能通过改变分子结构和器件结构构造复杂的量子体系。本文以单分子晶体管为工具,研究单个分子在不同情形下的输运行为以及背后的物理原理
强关联电子体系往往是包含有局域轨道的d电子以及f电子的单质或者化合物。在这样的体系中,由于多个自由度的耦合,比如多轨道自由度、相对论效应导致的自旋-轨道耦合、晶体场效应等等,往往会使该体系表现出复杂多样的奇异性质。最常见的有庞磁阻效应、重费米子现象以及非常规超导电性等等。这些新奇量子态中的诸多性质如重费米子材料中的局域巡游二重性、非常规超导体的电子配对机理等都没有研究的很清楚。一方面,由于该体系中
强关联巡游电子系统的临界现象在现代的凝聚态物理研究中拥有重要的地位,它被广泛认为是重费米子化合物中非费米液体行为与高温超导中奇异金属相等奇异物理现象的起源。其中特别引人关注的一类量子临界点（Quantum Critical Point,QCP）可在零温下出现自旋密度波（Spin Density Wave,SDW）长程序的二维金属中找到。由于强关联系统自身复杂以及非微扰的特性,这一类的系统属于现代凝
近几十年来,人们对于自然界中拥有介观尺度的微生物保持着浓厚的兴趣,对其动力学行为的研究也取得了长足的进步。不考虑微生物体内众多复杂的回路,人们依据其动力学原理设计出一些仿生的人造活性胶体。理解这些复杂现象的物理机制,开发这类系统的实际应用,已成为当今软凝聚态物理中的一个重要的研究方向。为了开发出更好的模拟方法,人们发展了连续性方法和离散性方法这两大类方法,其中粗粒化方法因为高效简便并且包含了更多的