刘新风、张勇课题组合作关于等离激元纳米微腔中非线性光学产生的研究取得进展

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近日，国家纳米科学中心刘新风研究员与张勇研究员课题组合作，利用阳极氧化铝模板与金纳米颗粒组装，成功实现了应用于无偏振选择性二次谐波产生的等离激元纳米球-碗结构英寸级阵列的制备。相关研究成果发表在ACS Nano（ACS Nano 2021, 15, 1, 1291–1300）。

图1：等离激元纳米结构阵列的制备过程示意图

                                               图2：等离激元纳米结构阵列中二次谐波产生的示意图及其光学性质表征

　　等离激元纳米结构可以通过将电磁波限域在亚波长范围内的体积中进而实现对线性和非线性光学过程的操控，其在超分辨探测、光捕获与发射以及光力操纵等领域有广泛的应用前景，引起了人们极大的研究兴趣。
　　本工作中，研究人员通过自下而上的简便方法制备了基于金属-电介质-金属结构的等离激元纳米结构阵列，并在该阵列中实现了等离子体增强的二次谐波产生。首先通过两步阳极氧化法制备周期性碗状结构模板，并将其与利用溶液法生长的金纳米颗粒进行组装，以此来代替传统的高成本微加工工艺，这为设计并制备大面积低维等离激元器件提供了一种更为便捷的策略。该研究中，通过结构单元组装实现了面内各向同性的单元结构，克服了传统非线性晶体中所受到的偏振各向异性限制。结合倾斜角依赖和傅里叶角分辨的光谱测试，在大倾斜角激发条件下，该结构的非线性转换效率仍能保持有效，这来源于球-碗结构的几何匹配关系，使得其在大角度激发响应的实际应用场景中具有很大潜力。这意味着该等离激元纳米结构阵列因兼具大尺寸面积、低成本以及高性能优异性能可应用于纳米光子学器件。
　　国家纳米科学中心博士研究生吴宪欣、江文宇、王晓丰为该研究的共同第一作者，刘新风研究员、张勇研究员为通讯作者。该项工作得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类），科技部重点研发计划，国家自然科学基金委和低维量子物理重点实验室开放课题等项目的支持。
　　原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c08498。


      文章来源：国家纳米中心
      刘新风，2007年在东北师范大学获得硕士学位，导师刘益春教授。2011年在国家纳米科学中心获得博士学位，导师裘晓辉研究员。2011-2015年在新加坡南洋理工大学从事博士后研究工作，合作者Sum Tze Chien教授。2015年进入国家纳米科学中心工作，被聘为“百人计划”研究员。研究方向为超快光学、纳米光子学和非线性光学。至今在Nature Materials, Nature Communications, Nano Letters, Advanced Materials, ACS nano 等国际一流期刊上发表论文30余篇，引用800余次。授权中国专利3项。
      张勇，国家纳米科学中心研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划”入选者，2001年和2006年分别在西安交通大学和中国科学院化学研究所取得学士和博士学位。2006年至2007年在德国拜罗伊特大学做博士后。2007年至2011年在爱尔兰都柏林大学作博士后，期间作为访问学者在美国普度大学从事研究工作半年。2011年至2015年在爱尔兰三一学院担任研究员。2015年3月全职回国，在国家纳米科学中心工作。长期从事低维纳米材料，薄膜材料，以及高分子复合材料的研究。在Nature Nanotechnology, Advanced Materials, Advanced Optical Materials, Scientific Reports等国际著名学术期刊上发表论文十余篇。授权中国专利一项。