半导体纳米结构等离激元近场研究

Recently, the study of surface plasmons in low-dimensional semiconductors and their properties has attracted much attention in basic research and applied community. Insights in the influence from semiconductor microstructure on the propagating behavior of plasmons and powerful research methods are important for development of basic physics and optoelectronics. .The combination of scattering-type scanning near-field optical microscopy (s-SNOM) and ultrafast spectroscopy shows unique advantages for revealing the physical properties of micro-nano materials and electro-optical devices. Due to the capability of identifying the physical properties of quantum materials and collecting dynamic spectrum, this technique has great potentials in revealing the physical mechanism of energy excitation, transfer and other ultrafast relaxation processes in the low-dimensional semiconductors and developing photonic devices.

低维半导体纳米结构中表面等离激元特性成为近年来基础研究与应用探索的热点。深掘半导体材料微观、界面结构及其对表面等离激元传输性质的影响并发展新颖的研究手段，对更好的认知其基础物理机理，促进光电子产业的发展具有重要意义。. 散射型扫描近场光学显微镜与超快光谱技术的结合在微纳材料、微纳电光器件物性研究领域展现出独特的优势和特点。这种研究手段对量子材料的物性分辨能力十分突出，可进行动态光谱采集，因此在揭示低维半导体材料内部能量激发与转移及其它超快弛豫过程的物理机制和研制低维半导体光子器件有着广阔的应用前景。

光与物质相互作用产生的包含极化电荷集团振荡的杂化电磁模式称为极化激元。极化激元可实现纳米尺度的光局域和光调控并增强光与物质的相互作用，在集成光子芯片应用如生物传感、热发射和量子激光等方面具有巨大潜力。利用散射式扫描近场光学显微镜的纳米尺度光学分辨能力，本项目系统研究了单根InAs纳米线结构和掺杂调控的光学性质。主要涵盖两个内容：1.利用近场红外光谱研究了InAs孪晶超晶格纳米线中由于周期性孪晶对电子能带的调制引入的子带间中红外跃迁。利用近场泵浦探测技术，观测到光致载流子在纳米线中引入额外的中红外吸收通道。由于孪晶超晶格具有和异质结超晶格类似的子带间跃迁，这项工作为半导体孪晶超晶格在可调谐、低成本中红外光电器件的应用奠定了基础；2.使用散射型近场光学显微镜系统地研究了单个InAs纳米线的F-P等离激元共振。使用金属探针激发表面等离激元打破了对称选择规则，实现F-P共振的奇数阶和偶数阶模式。本工作发现的F-P等离激元为实现具有非凡可调谐性的宽带高品质因子纳米光学腔体制造提供了材料平台。