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利来w66在人工微纳结构的光学性能调控与应用方面取得进展
作者:,日期:2023-08-31

  依赖金属微纳结构(包括一维纳米粒子、二维纳米线阵列、三维纳米团束等)的等离激元共振光学吸收、结构间电磁耦合、多物理效应的耦合叠加等物理机制,人工微纳结构的金属陶瓷复合电磁超材料具有丰富的光学特性,在光热转换、物理结构色、超黑吸收、亚波长成像、光通讯及辐射制冷等领域具有重大的应用价值。目前,人工微纳结构超材料开发及应用仍然受到大面积制备、灵活的性能调控、异质集成等掣肘因素的制约。因此,探究光学性能优异、人工微结构易调控及易宏量制备和集成的超材料对光学器件(组件)应用至关重要。

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所科研团队在金属/介质人工微纳结构及光学性能方面取得系列进展。该团队使用磁控溅射一步法工艺制备出金属纳米粒子/纳米线/纳米团束-二氧化硅复合超材料,利用上述微纳结构以及膜系叠层结构激发的等离激元效应,实现可见光超宽带完美吸收及高纯度色彩显示(Appl. Mater. Today, 26, 2022, 101266,如图1)。此外,通过溶液刻蚀快速处理工艺,可以完美去除金属纳米线-介质复合超材料中的金属相,成功获得纳米空气柱阵列-二氧化硅复合超材料,其等效折射率从1.15至1.40连续可调,有望用于减反、增透、折射率匹配等光学器件/系统应用场景(Mater. Today Phys., 2022, 26, 100722,如图2)。

  近期,团队基于金属纳米线基超材料,突破现有红外介质超材料设计及折射率值的限制,利用磁控共溅射制备银纳米线-硅(或者锗)复合介质超材料。研究人员通过减小金属单元间距至sub-5纳米尺度及提高环境折射率(从常规有机配体的1.49提升至硅/锗的3.4/4.0)以增大纳米腔中的电容耦合,同时由于金属单元直径至sub-10纳米尺度,抗磁响应显著降低,这些物理效应的人为调控有助于突破折射率的上限。研究结果表明,该金属纳米线基超材料的红外折射率极值可达7.2,且在2-10微米宽光谱范围内保持低色散和低损耗特性,有望应用于多种纳米光子学器件中(Adv. Opt. Mater., 2023, 2301334,如图3)。

  上述研究得到了国家重点研发计划(2021YFB3700604)、宁波市自然科学基金(2021J201)、浙江省科技创新领军人才(2018R52006)等项目的支持。

图1 基于等离激元微纳结构的超宽带吸收体及其光学效应

图2 折射率可调的空气纳米柱阵列-二氧化硅复合膜及其光学效应

图3 银纳米线基红外高折射率、低色散超材料及其光学性能

  (纳米实验室 陈芝琳)