Au纳米棒-CdSe异质纳米材料的构建及其光学性能研究

Metal-semiconductor hetero-nanomaterials that integrate surface plasmon and exciton in nanoscale, along with the synergistic properties, present many novel physical and chemical properties, which have significant application in the field of micro/nano photonics. In this proposal, we will investigate the controllable synthesis of Au nanorod-CdSe hetero-nanostructures and their optical properties based on our previous works. The growth mechanism of CdSe nanocrystals on Au nanorods will be explored, and we will obtain the Au-CdSe hetero-nanorods with controlled morphologies, structures, sizes and spatial distributions. The influence of structure parameters and excitation conditions on the linear and nonlinear optical properties of the hetero-nanomaterial will be investigated with absorption spectra, photoluminescence spectra, fluorescence lifetime spectra and Z-scan system. Subsequently, the surface plasmon resonance properties of the metal-semiconductor hetero-nanosystems will be systematically analyzed using FDTD numerical simulation. Combining the experimental results and theoretic analysis, the influence mechanism of plasmon-exciton interaction on the optical properties for Au-CdSe hetero-nanorods will be clarified. Finally, it will be achieved that the optical properties of the Au nanorod-CdSe hetero-nanomaterials are resonace enhanced and artificially controlled. Through this project, a new metal-semiconductor nanostructure which aims at the supply for the research of light-matter interaction and for the potential applications will be provided. Our previous works have laid a foundation for this project.

金属-半导体异质纳米材料由于表面等离激元与激子的集成，以及组元间协同效应，展现出许多新奇物理化学特性，在微纳光子学领域具有重要研究价值。本项目拟在已有研究基础上可控合成Au纳米棒-CdSe异质纳米结构并对其光学性能展开深入研究。主要研究内容包括CdSe纳米晶在Au纳米棒表面的可控生长及其生长机制的探索；在实验上通过吸收光谱、发射光谱、荧光寿命谱以及Z扫描技术研究材料线性与非线性光学属性对其结构参数与激发条件的依赖关系；理论上运用时域有限差分法模拟分析体系表面等离激元共振特性，结合实验结果，进一步研究Au-CdSe异质纳米体系表面等离激元-激子相互作用影响材料光学性能的物理机制，实现材料光学性能的共振增强与人工调控。本项目旨在为光与物质相互作用研究与应用提供具备优良光学性能的金属-半导体纳米结构，我们前期工作积累为本项目的开展奠定了基础。

金属-半导体异质纳米材料由于表面等离激元与激子的集成，以及组元间协同效应，展现出许多新奇物理化学特性，在微纳光子学领域具有重要研究价值。在前期工作中我们利用Ag浸润层让贵金属表面实现了半导体纳米晶体的选择性外延生长。基于此，（1）改进制备工艺，基于微量Ag层我们得到组份更为纯净的“狗骨头”型Au-CdS纳米棒结构。研究发现随着壳层厚度增加，异质纳米“狗骨头”的等离共振吸收强度增强，且在可见光波段展现出了一个新的横向共振模式。强的共振吸收与宽的吸收波段让Au-CdS纳米“狗骨头”在罗丹明b光降解实验中展现出了优越的光催化性能。（2）通过表面修饰剂改造，得到了Au-AgAuS“两面神”纳米棒结构, 我们通过实验测量与理论模拟发现其表面等离激元属性可以通过半导体壳层厚度与覆盖面积进行调控。此外，以罗丹明b为探测分子，薄壳层Au-AgAuS纳米棒展现出优越的SERS活性。 （3）尝试了基于Se介导层诱导半导体在Au纳米棒表面选择性生长，半导体壳层的晶体质量得到明显提升，并对光学与光电性质进行了研究，Au-PbSe核壳异质纳米结构展现出优越光电性能。（4）利用长径比设计Au NR的横向与纵向共振能级。当横向能级处于一倍或两倍纵向能级位置时，研究者在飞秒Z扫描实验中观测到强的饱和吸收现象。（5）通过理论计算发现单层MoS2纳米振子中不存在光学双稳行为，并研究了光在该振子体系中的传播快慢特性。发现可以通过调节泵浦场频率和强度来实现快光和慢光的转换与开关。（6）研究了在金属纳米颗粒单层MoS2振子复合体系中激子声子和激子等离激元相互作用对双稳信号的影响。发现与激子声子相互作用相比较，强的激子-等离激元相互作用在体系双稳态起主导作用，且调节颗粒与振子的间距可以改变双稳区间的大小。