微纳谐振腔中表面等离极化激元传播特性及钼氧化物纳米结构合成与表征

【摘要】表面等离极化激元(SurfacePlasmonPolaritons,SPPs)是由于金属表面自由电子受外部光子诱导而产生集体振荡,能沿金属-介质界面传输的横向电磁波,能够突破传统光学衍射极限,具有亚波长局域、近场增强、表面受限等新颖特性。SPPs在纳米光子学、近场纳米光束控制、亚波长光学波导、数据存储、超分辨成像、太阳能电池、负折射材料等方面具有重要的应用前景。钼氧化物是重要间接宽禁带半导体材料,其中钼元素有着丰富的化学价态,从而形成如MoO、MoO2、Mo2O3、MoO3、Mo4O11等化合物。这些化合物中,由于MoO2和MoO3有较高的化学稳定性和广泛的应用前景,因而得到研究者们广泛的研究。本文重点讨论微纳谐振腔中表面等离极化激元的传播特性,并介绍了过渡金属氧化物MoO2与MoO3的合成以及基于MoO3纳米带光电器件的相关应用。本文主要研究内容和成果可以概括如下：(1)利用谐振腔共振特性在MIM波导中可以产生滤波效应的思想设计了一个基于内嵌可旋转银纳米方块圆形纳米腔的金属-介质-金属波导滤波器,并用时域有限差分算法进行了表征。由于旋转的银纳米方块破坏了圆形纳米腔原有的对称稳态磁场分布,因而产生了一种新的振动模式。这种新的振动模式依赖于内嵌旋转银纳米方块的旋转角度和边长。与没有嵌入银纳米方块和嵌入银纳米方块没有旋转时的金属-介质-金属波导滤波器相比,内嵌入旋转的银纳米方块的金属-介质-金属波导滤波器对周围介质折射率的微小变化更加敏感。因此,该结构在生物传感器方面具有潜在应用。(2)本文通过水热法制备了宽度约200nm的MoO3纳米带及不同尺寸的MoO2纳米颗粒,研究了PVP浓度对产物组分和形貌的影响。此外,用液相法在MoO3纳米带层与层之间插入Cu原子,研究了基于单根和多根MoO3纳米带器件在不同光照条件下的I-V特性。研究结果表明：当PVP量较小时所制备的最终产物为正交相MoO3纳米带,随着PVP浓度的升高,获得产物为MoO2纳米颗粒；且PVP量越大,MoO2纳米颗粒尺寸越小；零价铜的嵌入并没有改变MoO3纳米带的晶体结构和形貌；基于单根MoO3纳米带器件与基于多根MoO3纳米带器件相比,MoO3纳米带与金电极具有更小的欧姆接触且对光更敏感,有望在光电探测器、生物和化学传感器等领域具有潜在的应用。
【作者】曹威；
【导师】张中月；
【作者基本信息】西南大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】表面等离极化激元；时域有限差分算法；传输特性；金属-介质-金属波导MoO2/MoO3纳米带；PVP浓度；

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