基于石墨烯的量子纳米体系表面等离激元特性与激发方式的理论研究

基本信息
批准号:11474207
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:张红
学科分类:
依托单位:四川大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈钢,张软玉,张林,刘俊超,舒晓琴,张开彪,李乐乐,张亚飞
关键词:
量子纳米体系石墨烯表面等离激元电子激发动力学
结项摘要

The surface plasmon in graphene (with the size smaller than 10 nm) possesses unique properties such as broad frequency band, long lifetime and enabled control due to the quantum finite-size effect, which makes it great potential value in the application for focusing, particle trapping, absorption, biosensor, and cancer therapy at molecular scale. The surface plasmon in graphene can interact with photon, phonon and electron, and generates many marvelous physical phenomena. The surface plasmon in graphene is also a complex platform for the exploration of many-body physics. So the investigation on it has great scientific significance. Hence, it is necessary to investigate theoretically the plasmon excitation, band broadening and controlling method by using a fully quantum-mechanical method. In this project, the surface plasmon of graphene nanosystems with both stacked and planar structure will be investigated,and the hybrid structure of nanographene with metal nanowire and metal nanotube will be studied also. The quantum methods used include time-dependent density functional theory (TDDFT),many-body Green function(GW) and quantum Monte Carlo method(QMC).We will present benchmark data for the theoretical study of surface plasmon after careful checking the results obtained from using different methods.In addition, the plasmon properties especially the coupling property between graphene quantum monomer will be studied also, which can be influenced by geometry, size, edge, doping, distance between the dots and polarization direction of light. For the low energy electron moving atop the graphene, we will study the dynamic process of the electron excitation in the graphene, and the characteristic of surface plasmon, using the time-dependent density functional theory in the real-time-propagation (RTP) approach, and we try to grasp the physical nature in it. Similarly, the excited situation for surface sound wave assisted will be studied. The micro-dynamic picture of surface plasmon excitation and local field enhancement under the interaction of low energy moving electron or surface acoustic wave will be obtained. These results would provide useful information for nano-scale graphene plasmon device.

尺度10纳米以下石墨烯中表面等离激元在分子尺度的聚焦、粒子捕获、吸收、生物传感和疾病治疗等方面有巨大应用价值,它可以和光子、声子以及电子发生相互作用产生新奇丰富的物理现象,对其研究具有重要科学意义。在微观物理机制、波段扩展和调控方式等方面亟需在全量子水平上对其开展理论研究。本项目采用含时密度泛函理论、多体格林函数以及量子Monte Carlo等研究石墨烯量子纳米体系的等离激元特性,为等离激元研究提供基准性数据。研究体系包含平面型和层叠型石墨烯构成的阵列及其和金属纳米线、管等组成的复合结构,考虑形状、尺寸、边缘、掺杂、间距、排列方式以及激发场偏振方向等影响。采用含时密度泛函框架下的实时传播子方法研究低能运动电子激发以及表面声波辅助光激发两种激发方式下石墨烯中的电子激发动力学和等离激元性质,建立特定激发方式下局域场增强的微观动力学图象,为优化设计不同应用背景下的纳米等离激元器件提供理论指导。

项目摘要

本课题主要研究内容:.1)在理论上对尺度在10纳米以下的石墨烯及其构成的多种特征结构的表面等离激元特性进行了系统研究。该尺度在众多领域有重要应用价值,且量子受限效应和边界状态影响明显,其特性与大尺度石墨烯有很大的区别并具有丰富的物理现象。.2)基于含时密度泛函理论方法研究石墨烯阵列中各单体之间的等离激元及耦合效应。通过设计不同图案的石墨烯或石墨烯孔洞型阵列,分析形状、尺寸、缺陷、边缘、掺杂、间距、排列方式以及激发场的偏振方向等对等离激元以及耦合特性的影响。和宏观大小材料相比,纳米结构的等离激元具有一些不同的特征,在低能共振区,光谱线发生展宽,并且发生劈裂。.3)探究掺杂石墨烯量子点中表面等离激元特性。通过氮、硫、硼等掺杂石墨烯量子点能够实现对体系等离激元性能的调控,并探究掺杂浓度、掺杂方式等对表面等离激元共振模式的调控以及对空间局域场增强效应的影响。实现了石墨烯等离激元的共振频率从中红外区域到太赫兹频段的可调,极大拓宽了作用范围。.利用不同衬底对石墨烯量子纳米系统中表面等离激元进行调控。研究不同金属衬底对石墨烯及其构成的多种特征结构中表面等离激元共振模式的影响,以及衬底对等离激元耦合和局域场增强效应的影响。通过贵金属膜的调节,等离激元主峰的能量共振移动到可见光区域。.4)对其它类石墨烯的二维平面纳米结构的表面等离激元进行探究。分别研究了磷烯、BC3、C2O、Si2BN等体系的等离激元特性,表现出了异于石墨烯纳米结构的独特性能。.5)研究了运动电荷在石墨烯中的电子激发动力学行为及等离激元特征。另外,分析在表面声波和激发光的共同作用下石墨烯中电子激发的本质性变化及其对表面等离激元的调控规律。. 项目针对石墨烯量子纳米结构的表面等离激元特性进行了系统研究,并探究了外界条件(性状、尺寸、掺杂、间距等)对体系等离激元性能的影响,在国内外重要刊物上发表了一系列有一定影响的论文,举办了重要学术会议,研究工作得到国内外同行的认同。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
3

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015
4

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

DOI:10.3969/j.issn.1002-0268.2020.03.007
发表时间:2020
5

城市轨道交通车站火灾情况下客流疏散能力评价

城市轨道交通车站火灾情况下客流疏散能力评价

DOI:
发表时间:2015

张红的其他基金

批准号:11471232
批准年份:2014
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:11626013
批准年份:2016
资助金额:5.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:81673162
批准年份:2016
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:31000342
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10976019
批准年份:2009
资助金额:30.00
项目类别:联合基金项目
批准号:41101558
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:70341014
批准年份:2003
资助金额:7.00
项目类别:专项基金项目
批准号:81760079
批准年份:2017
资助金额:34.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31160395
批准年份:2011
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30572170
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:U1432248
批准年份:2014
资助金额:300.00
项目类别:联合基金项目
批准号:81372587
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:30973406
批准年份:2009
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:81102725
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81201184
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39770606
批准年份:1997
资助金额:11.00
项目类别:面上项目
批准号:31270794
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:11526018
批准年份:2015
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:81800708
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30571388
批准年份:2005
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:81202195
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81460074
批准年份:2014
资助金额:47.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11074176
批准年份:2010
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:41101361
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81660622
批准年份:2016
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51076062
批准年份:2010
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:31860564
批准年份:2018
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:71073096
批准年份:2010
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:70673050
批准年份:2006
资助金额:18.00
项目类别:面上项目
批准号:10675151
批准年份:2006
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:41402064
批准年份:2014
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81673816
批准年份:2016
资助金额:52.00
项目类别:面上项目
批准号:31771846
批准年份:2017
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:51302157
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10835011
批准年份:2008
资助金额:240.00
项目类别:重点项目
批准号:81200595
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41371352
批准年份:2013
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:81471008
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:71373143
批准年份:2013
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:30873087
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:62003022
批准年份:2020
资助金额:16.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31300529
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40971198
批准年份:2009
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:41871193
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81700481
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51504076
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71703054
批准年份:2017
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:12126504
批准年份:2021
资助金额:10.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:81671844
批准年份:2016
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:81502493
批准年份:2015
资助金额:18.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40501044
批准年份:2005
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31300632
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31902336
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11026006
批准年份:2010
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:81701572
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11626047
批准年份:2016
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:81171886
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:31770829
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

石墨烯对电致激发表面等离激元的调制特性研究

批准号:61307065
批准年份:2013
负责人:李敬
学科分类:F0502
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
2

石墨烯等离激元受激发射太赫兹量子振荡源

批准号:91121021
批准年份:2011
负责人:王雪峰
学科分类:F04
资助金额:65.00
项目类别:重大研究计划
3

表面等离激元在石墨烯纳米带中的传输特性与机理研究

批准号:61205054
批准年份:2012
负责人:郝然
学科分类:F0502
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
4

基于石墨烯的太赫兹人工表面等离激元波导机理与特性研究

批准号:61601393
批准年份:2016
负责人:叶龙芳
学科分类:F0120
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目