表面等离激元在石墨烯纳米带中的传输特性与机理研究

基本信息
批准号:61205054
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:27.00
负责人:郝然
学科分类:
依托单位:浙江大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:宋明肇,项方品,何蛟,张灵松,EricCassan
关键词:
石墨烯动态可调纳米尺度光场限制纳米光学
结项摘要

Graphene has became an international research hotspot by its awsome properties, including the atomic-scale height, extremely high conductivity and sensitivity,as well as many other unique features from the nanometer scale. At present, lots of attentions have been paid to the mechanics,thermal and electrical properties of the graphene. Nevertheless, no attention has been paid to its optical properties. In this proposal, we firstly extend the graphene research to the optical domain by combine graphene and surface plasmon together. We point out the similarity between Photonic Crystal and Graphene in lattice structure, period and band structure.With the knowledge of photonic crystal waveguide and plasmonic waveguide, one can design photonic waveguide using graphene nanoribbons. Using the density functional theory, we study the surface plasmon propagation in graphene nanoribbons. The study can be divided into three parts: First, the existence conditions of the surface plasmon on the graphene waveguide are explored;Secondly, we design and analyze transport phenomena of surface plasmon on the surface of graphene waveguide; Finally, the transmission performances of graphene surface plasmon have been optimized and improved. Because waveguide is the foundation of various optical devices, the success of this project will lead to a wide range applications of optical devices based on graphene, which in turn to promote the boom of graphene plasmonics.

石墨烯以其独特的结构、原子尺度的体积、超高的导电率和灵敏度,以及在纳米尺度下表现出的特有性质,成为国际研究热点。当前人们对石墨烯材料的力学、热学和电学特性研究较多,但对其光学特性关注较少。本项目首次将石墨烯和表面等离激元结合起来,将石墨烯的研究延伸至光学领域,采用密度泛函理论来研究表明等离激元在石墨烯纳米带中的传输。指出光子晶体和石墨烯在晶格结构、周期性和能带上的相似性,借鉴光子晶体和表面等离激元的相关知识来设计石墨烯波导。 研究内容分为三个层次逐层递进地展开:首先,探讨spp在石墨烯波导表面得以存在的条件;其次,设计并分析SPP在石墨烯波导表面的传输现象;最后,对SPP在石墨烯表面的传输性能进行优化和提高。由于波导是构成光学器件的基础,本项目一旦获得成功,各式各样的基于石墨烯材料的光器件将纷纷涌现,促进石墨烯表面等离激元学这一学科繁荣发展。

项目摘要

本课题是自然科学基金面上项目“表面等离激元在石墨烯纳米带中的传输特性与机理研究”。本课题研究了电磁波在二维纳米材料石墨烯中传输的若干关键问题,具有重要的理论意义和应用价值。通过课题研究人员的研究和努力,取得了一系列创新性成果。主要包括:.1. 建立精确的石墨烯波导的材料和能带模型库,找到了石墨烯波导的单模传输模式。并在此基础上,研究光波在以石墨烯材料构成的各种复杂波导结构(包括石墨烯纳米带、无限大的石墨烯平面、石墨烯光栅波导和硅-石墨烯复合波导)中传输的机理。其中,石墨烯波导的能带计算方法是我们项目的一项创新。.2. 建立了综合评价石墨烯波导性能的指标体系。对于无源型石墨烯波导和有源型石墨烯波导各自提出了评价的方法。通过相关参数的优化,理论上找到损耗和约束性能较优异的石墨烯波导的参数。.3. 开展实验验证,测试在太赫兹波段的石墨烯波导的传输特性。实验验证了随外加电压动态可调的石墨烯波导。.本项目课题组在国际著名刊物上发表高质量论文23篇,其中包括《Optics Letters》3篇,《Scientific Reviews》1篇,《Appl. Phys. Lett.》1篇,《IEEE Select Topics in Quantum Electronics》1篇, 《IEEE Photonics Technology Letters》4篇等。其中影响因子大于3的有6篇。受邀撰写的综述文章1篇。国际会议特邀口头报告2次, 受邀担任的国际会议分会主席2次。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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