纳米光子学和胞质团翻译.docx

《纳米光子学和胞质团翻译.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、纳米光子学和胞质团纳米线当代的电浆和光子的研究的一个中心主题是找到一个光学特性容易控制调谐波为超快精密材料。近年来，胞质团控制已经在各种不同的固态系统包括金属、半导体、石墨烯、拓扑绝缘体中实现。除了调制效率，然而，在这些材料的挑战是获得良好的性能在很宽的光谱范围内，尤其是在技术上重要的中期到近红外频率范围。难度很大程度上来自于一个不灵活的载体密度。随着一个更好的切换方案出现，这令人兴奋的应用依赖于等离子体振子的长度尺度远小于衍射极限的空间限制，如等离子电路、光电、调节剂、生物和化学传感器，等待新的发现。现在，在自然杂志光子学部分，

2、李培军郭和同事报告说他们可以在一个新的半导体结构中把这样的等离子体调谐旋钮。他们已经完成了宽带调制在近红外波段和中红外波段的频率在一个有效的和超快的方式，利用飞秒光激发。而一些以前的作品依靠上述带隙的光子能量的光激发，这里的研究者能够用相对较低的光子能量实现一个大的光调制深度。他们用将这样的调制成分在氧化铟锡导带非抛物（ITO）半导体纳米线阵列。这非抛物线占的比例非凡，泵10000K温度诱导的载体，从而导致在亚皮秒的调制能够达到300%传输的变化，以及运行在电信波长和中红外指纹区中。众所周知，一个材料最重要的光学性能是介电常数，ε

3、，这是频率的函数。在足够高的频率，ε可以通过等离子体频率ωP决定（如果损失是微不足道的）。等离子体频率代表一个集体振荡，或等离子体振子，一个自由电子气体的固有共振频率。下面ωP频率，材料能表现得像一个反光的金属（ε是负的），而它的行为像一个透明的介质（ε阳性）其频率高于ωP。因此，ωP代表一个有效的“旋钮”，可调谐光学材料和等离子体共振。存在许多方式来改变ωP。在其最简单的形式，ωP2=2/M（电子电荷e），ωP对于具有恒定的电子有效质量m的电子温度是不敏感的，而且可以通过可调谐的电子密度n而改变。而金属的特征是由一个固定的载流子

4、密度，固定的等离子体共振频率（通常是可见的或近红外频率）等表现，在半导体氮中n是可调的。这是最常见的激发与强激光脉冲实现的带隙。但ωP可能取决于案件的抛物型的能带结构的近似失败，是温度，其中电子在固体不再遵循抛物线能带极值出现在–动量关系。这非抛物线的结果在有效质量的动量依赖，M=M（k），它可以显著地改变等离子体频率甚至一个恒定的自由电子密度。这是郭和同事在实验中所实现的唯一条件。研究小组研究了超材料ITO纳米棒阵列组成（图1A）。虽然在贵金属纳米结构的等离激元共振一直在调查中，ITO纳米棒最近才为等离子体引起关注（金属）媒体。

5、ITO与金属相比是低的载流子密度简并半导体（10^20–10^21厘米−3）和无处不在的发光二极管作为透明电极材料、太阳能电池和液晶显示器。在对比与固定的载流子密度的贵金属，ITO的特点是一个可调谐的载流子密度和流动性，通过掺杂或合成后处理实现。因此，等离子体在ITO可以访问红外指纹区材料的鉴定和化学传感。此外，ITO具有较大的带隙为4eV~。因此，红外或低能外包经验较少的阻尼比贵金属等离子体，其中的带间跃迁的接近的能量共振。图1：超材料ITO纳米棒阵列。A、原理图的超快红外（IR）在ITO纳米线阵列的局域表面等离子体探测泵–探测

6、实验。B、近红外带间光激发产生的传导电子异常高的温度而不改变载流子密度。瞬态热载流子分布到导带非抛物性敏感（实线），导致在一个依赖于温度的等离子体频率ωP.μ，电子化学势；T，电子温度。在等离子体频率的降低，观察到作为一个红移的本地化的表面等离子体共振在传输测量。图B引自参考文献6，自然出版集团。全尺寸的图像以往对ITO纳米光子学研究显示不同的局域表面等离子体共振（LSPR）7，即表面电荷振荡局限于纳米结构。这些共振在NEAR或中红外，取决于光的偏振方向垂直或平行，分别对纳米棒轴。在他们的实验中，郭等。在一个ultrafas修改L

7、SPRT，亚皮秒的时间尺度。高能LSPR共振泵浦红外低于ITO的带隙光子（示意如图1b，c）。由于光激发的情况下，载流子密度在ITO保持不变。因此，在等离子体频率观察传输的LSPR的变化（图1c）与近红外探头或不干从载流子密度引起的MOD等离子体频率检测在其他类型的semiconductor2先前报道。在详细的理论处理，研究人员属性明显的泵–探针信号的conduction-b在一个低的载流子密度和低的热容量，结合伊藤非抛物线。这些特性创造了一个条件，在导带中的电子被加热的泵脉冲一个惊人的高载流子温度10000K的比较，黄金，其中最

8、影响等离子体材料，具有低得多的载体温度2000K（参考文献8）下类似的泵送条件。在ITO的异常高的载流子温度确保电子分布具有明显的高能量的尾巴，是从对导带跑偏特别敏感代谢形式。增加在升高的能量状态的有效质量导致了20%ωP瞬态还原。这是伴随着相对传