納米光子學(xué)和胞質(zhì)團翻譯.docx

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1、納米光子學(xué)和胞質(zhì)團納米線當(dāng)代的電漿和光子的研究的一個中心主題是找到一個光學(xué)特性容易控制調(diào)諧波為超快精密材料。近年來，胞質(zhì)團控制已經(jīng)在各種不同的固態(tài)系統(tǒng)包括金屬、半導(dǎo)體、石墨烯、拓?fù)浣^緣體中實現(xiàn)。除了調(diào)制效率，然而，在這些材料的挑戰(zhàn)是獲得良好的性能在很寬的光譜范圍內(nèi)，尤其是在技術(shù)上重要的中期到近紅外頻率范圍。難度很大程度上來自于一個不靈活的載體密度。隨著一個更好的切換方案出現(xiàn)，這令人興奮的應(yīng)用依賴于等離子體振子的長度尺度遠(yuǎn)小于衍射極限的空間限制，如等離子電路、光電、調(diào)節(jié)劑、生物和化學(xué)傳感器，等待新的發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在，在自然雜志光子學(xué)部分，

2、李培軍郭和同事報告說他們可以在一個新的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中把這樣的等離子體調(diào)諧旋鈕。他們已經(jīng)完成了寬帶調(diào)制在近紅外波段和中紅外波段的頻率在一個有效的和超快的方式，利用飛秒光激發(fā)。而一些以前的作品依靠上述帶隙的光子能量的光激發(fā)，這里的研究者能夠用相對較低的光子能量實現(xiàn)一個大的光調(diào)制深度。他們用將這樣的調(diào)制成分在氧化銦錫導(dǎo)帶非拋物（ITO）半導(dǎo)體納米線陣列。這非拋物線占的比例非凡，泵10000K溫度誘導(dǎo)的載體，從而導(dǎo)致在亞皮秒的調(diào)制能夠達到300%傳輸?shù)淖兓?，以及運行在電信波長和中紅外指紋區(qū)中。眾所周知，一個材料最重要的光學(xué)性能是介電常數(shù)，ε

3、，這是頻率的函數(shù)。在足夠高的頻率，ε可以通過等離子體頻率ωP決定（如果損失是微不足道的）。等離子體頻率代表一個集體振蕩，或等離子體振子，一個自由電子氣體的固有共振頻率。下面ωP頻率，材料能表現(xiàn)得像一個反光的金屬（ε是負(fù)的），而它的行為像一個透明的介質(zhì)（ε陽性）其頻率高于ωP。因此，ωP代表一個有效的“旋鈕”，可調(diào)諧光學(xué)材料和等離子體共振。存在許多方式來改變ωP。在其最簡單的形式，ωP2=2/M（電子電荷e），ωP對于具有恒定的電子有效質(zhì)量m的電子溫度是不敏感的，而且可以通過可調(diào)諧的電子密度n而改變。而金屬的特征是由一個固定的載流子

4、密度，固定的等離子體共振頻率（通常是可見的或近紅外頻率）等表現(xiàn)，在半導(dǎo)體氮中n是可調(diào)的。這是最常見的激發(fā)與強激光脈沖實現(xiàn)的帶隙。但ωP可能取決于案件的拋物型的能帶結(jié)構(gòu)的近似失敗，是溫度，其中電子在固體不再遵循拋物線能帶極值出現(xiàn)在–動量關(guān)系。這非拋物線的結(jié)果在有效質(zhì)量的動量依賴，M=M（k），它可以顯著地改變等離子體頻率甚至一個恒定的自由電子密度。這是郭和同事在實驗中所實現(xiàn)的唯一條件。研究小組研究了超材料ITO納米棒陣列組成（圖1A）。雖然在貴金屬納米結(jié)構(gòu)的等離激元共振一直在調(diào)查中，ITO納米棒最近才為等離子體引起關(guān)注（金屬）媒體。

5、ITO與金屬相比是低的載流子密度簡并半導(dǎo)體（10^20–10^21厘米?3）和無處不在的發(fā)光二極管作為透明電極材料、太陽能電池和液晶顯示器。在對比與固定的載流子密度的貴金屬，ITO的特點是一個可調(diào)諧的載流子密度和流動性，通過摻雜或合成后處理實現(xiàn)。因此，等離子體在ITO可以訪問紅外指紋區(qū)材料的鑒定和化學(xué)傳感。此外，ITO具有較大的帶隙為4eV~。因此，紅外或低能外包經(jīng)驗較少的阻尼比貴金屬等離子體，其中的帶間躍遷的接近的能量共振。圖1：超材料ITO納米棒陣列。A、原理圖的超快紅外（IR）在ITO納米線陣列的局域表面等離子體探測泵–探測

6、實驗。B、近紅外帶間光激發(fā)產(chǎn)生的傳導(dǎo)電子異常高的溫度而不改變載流子密度。瞬態(tài)熱載流子分布到導(dǎo)帶非拋物性敏感（實線），導(dǎo)致在一個依賴于溫度的等離子體頻率ωP.μ，電子化學(xué)勢；T，電子溫度。在等離子體頻率的降低，觀察到作為一個紅移的本地化的表面等離子體共振在傳輸測量。圖B引自參考文獻6，自然出版集團。全尺寸的圖像以往對ITO納米光子學(xué)研究顯示不同的局域表面等離子體共振（LSPR）7，即表面電荷振蕩局限于納米結(jié)構(gòu)。這些共振在NEAR或中紅外，取決于光的偏振方向垂直或平行，分別對納米棒軸。在他們的實驗中，郭等。在一個ultrafas修改L

7、SPRT，亞皮秒的時間尺度。高能LSPR共振泵浦紅外低于ITO的帶隙光子（示意如圖1b，c）。由于光激發(fā)的情況下，載流子密度在ITO保持不變。因此，在等離子體頻率觀察傳輸?shù)腖SPR的變化（圖1c）與近紅外探頭或不干從載流子密度引起的MOD等離子體頻率檢測在其他類型的semiconductor2先前報道。在詳細(xì)的理論處理，研究人員屬性明顯的泵–探針信號的conduction-b在一個低的載流子密度和低的熱容量，結(jié)合伊藤非拋物線。這些特性創(chuàng)造了一個條件，在導(dǎo)帶中的電子被加熱的泵脈沖一個驚人的高載流子溫度10000K的比較，黃金，其中最

8、影響等離子體材料，具有低得多的載體溫度2000K（參考文獻8）下類似的泵送條件。在ITO的異常高的載流子溫度確保電子分布具有明顯的高能量的尾巴，是從對導(dǎo)帶跑偏特別敏感代謝形式。增加在升高的能量狀態(tài)的有效質(zhì)量導(dǎo)致了20%ωP瞬態(tài)還原。這是伴隨著相對傳