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合肥酌量院正在众孔氧化鋁光子晶體酌量中获得

文章来源:阿峰 时间:2019-03-02

  合肥研究院在多孔氧化鋁光子晶體研究中取得系列進歌唱大眾展

 

  近期,合肥物質科學研讨院固體物理研讨地点多孔氧化鋁光子晶體的研讨中获得系列進展,具體表現在光與物質的互相作用及其光學性質研讨方面,相關结果相繼發表在Journal of Materials Chemistry C,Scientific Reports,Journal of Physics D: Applied Physics ,Annalen der Physik Nano Research 等期刊上。

  光子晶體(Photonic Crystal)是在光學尺度上具有周期性介電結構的人工設計和制作的一類光學原料,與半導體晶格對電子波函數的調制相類似,光子晶體能夠對特定波長的電磁波進行調制,當光的頻率落在光子帶隙(Photonic Band Gap)中時,光的傳播將被完全制止。光子晶體是完全依托其本身結構來實現對光的操纵,這在光學器件及未來光子集成方面具有重要意義 。因而研讨光子晶體中的結構、原料與光子帶隙的互相作用是將其應用於新型納米光子器件、光信息傳輸和光芯片等領域的基礎。

  近年來,合肥研讨院固體所費廣濤課題組努力於多孔氧化鋁光子晶體的研讨  ,之前課題組的王彪等人在完好光子晶體的制備、光子帶隙的特性研讨等方面已經获得瞭系列進展 。近期,課題組的商國亮等人在多孔氧化鋁光子晶體中光與物質的互相作用及光學性質方面又進行瞭深化的研讨,获得瞭系列進展。

  制備出帶隙很窄的光子晶體,實現依托折射率改變來探測的傳感器,无望推動傳感原料發展。多孔氧化鋁光子晶體是通過陽極氧化鋁片失掉的,在肯定的陽極氧化電壓作用下,氧化鋁孔道在生長方向上直孔和二分叉孔周期性生長 ,构成直孔層和二分叉孔層的周期結構,因而多孔氧化鋁光子晶體是一種納米尺度周期性的多孔結構。雖然多種結構都能實現光子帶隙,但是寬度窄的光子帶隙依旧很難實現 ,對於多孔氧化鋁光子晶體而言,由於酸性電解液的作用,帶隙寬度也通常在幾十納米到幾百納米之間  。他們采纳補償電壓形式,战胜瞭制備過程中出現的前後結構不均一的困難 ,制備出具有窄帶隙的光子晶體 ,帶隙寬度最小可達幾納將來卡車將愈加集中於長途運輸,且行駛要求速率更高,這對付卡車業來說將是新的應戰 米 。由於多孔氧化鋁光子晶體的這種全介質多孔性結構,他們使用這種光子晶體胜利地實現瞭一種簡單的依超高票房不易初心培育新秀為中國電影承當責任在《昔日影評&托折射率改變的傳感器(Mater. Lett.110 ,2013, 156-159; J. Mater. Chem. C 1, 2013, 1659-1664; J. Mater. Chem. C 1, 2013, 5285-5291; Chinese J. Chem. Phys. 27, 2014, 121-124)。這種傳感方式差别於電信號傳感器,光子晶體吸附被探測物時,改變瞭光子晶體每層的无效介電常數,從而會惹起光子帶隙地位的改變 ,通過跟蹤光子帶隙地位的改變就能失掉環境中被探測物量的變化,要是帶隙是在可見光范圍 ,整個探測方式就能够完全脫離電信號。相比於電信號探測而言,光信號的探測愈加安定牢靠,山中植被濃重,路況紛亂,非鋪裝路面成為陪伴車隊最美景色這无望應用於易燃易爆及電致變性等原料的原位探測,使其成為一種具有前景的傳感原料。

  在多孔氧化鋁光子晶體中觀察到法諾共振現象,為在新的光學器件中將法諾共振整合到多孔氧化鋁光子晶體中以獲得更多的潛在應用提供幫助。眾所周知,楊氏雙縫實驗出現的幹涉條紋開啟瞭光學的新篇章。同樣基於幹涉原理,1903年法諾(Ugo Fano)發現的分立態與連續態間的互相作用後來被稱作以他名字命名的物理現象——法諾共振(Fano resonance),其最典范的特征是幹涉後出現不對稱的線型 。法諾共振是一種普通的物理現象,人們已經在多個領域觀察到法諾共振現象。但是,在光子晶體中很難觀察到法諾共振現象,這次要是由於光子晶體中的連續態光散射不明顯,並且光子帶隙比較寬,整個光子晶體中沒有表現出很典范的分立態。多孔氧化鋁光子晶體是一種納米尺度周期性的孔結構,這種結構對入射光會產生瑞利散射,同時周期性結構也會對某些光產生強的佈拉格散射,這兩種光的散射態在肯定的范圍內將會產生互相作用。他們使用佈拉格光散射的窄帶隙(最窄處的半高寬為8nm)與多孔原料對光的瑞利散射之間的互相幹涉,在多孔氧化鋁光子晶體中觀察到瞭不對決勝局陳幸同/孫穎莎掌握住時機球,以11-8拿下總比分3-2險勝陳可/王曼昱晉級稱性線型,並且通過理論計算確定瞭這一非對稱線型來源於法諾共振(Sci. Rep. 2014, 4, 3601),在這種原料結構體系中並未見到過相關的后期報道 。這一發現有利於進一步了解多孔氧化鋁光子晶體中光與物質的互相作用,由於法諾共振展現出在窄的波長范圍內光由透過到光截止,使其成為一種十分好的光學開關等光子器件。同時,該研讨對未來在新的光學器件中將法諾共振整合在多孔氧化鋁光子晶體中以獲得更多的潛在應用提供瞭幫助。

  實現瞭單向光傳輸,為方向依賴性光子器件的潛在應用提供基礎。單向光傳輸,顧牛仔很好,他依舊在持續拼搏點數,生命還在持續,由於他很快就會回到八角籠名思義,是指光經過物體時隻能往一個方向傳輸。由於瑞利散射的存在,光通過多孔氧化鋁光子晶體時,會產生光損失,而光經過的旅程差别,這種損失就會差别。使用這一性質,他們制備瞭異質結構的光子晶體,實現瞭單向光傳輸(Unidirectional Light Propagation)。對於從樣品兩側入射的光而言,進入樣品的深度差别,導致光損失差别,從而使得樣品從兩側觀察時的顏色差别。通過調制多種光子晶體組合,實現瞭可見光范圍全覆蓋的單向光傳輸的樣品(Ann. Phys. DOI: 10.1002/andp.201500286)。這為單向光傳輸提供一種簡單可行的办法,這種办法僅需求在體系中引入能量損失。類似於二極管在電學領域的應用,所制備的具有單向光傳輸的光子晶體能够應用於方向依賴的光子器件 。由於文章中展现的單向光傳輸能够應用於光單向導通器件等方面,以及將來在集成光子芯片中的潛在應用,文章已經受約為《物理年鑒》(Ann. Phys.)雜志的封面文章。

  多孔氧化鋁光子晶體中的毛細凝聚及光學特性為原位檢測存在光損失突變類的轉變過程提供瞭一種新的可行性方案。人們將內徑很細的管子叫“毛細管”,粉筆吸墨水,毛巾吸汗,植物的根、莖、葉中傳送養料等都是毛細管的毛細現象。毛細凝聚是毛細管的另一個十分重要的特征,它是由於毛細管壁對其中的氣體分子的空間局限作用,使得分子間的互相作用添加,形成管中的氣液平均的蒸汽壓要小於常規環境中的蒸汽壓,物質由氣體到液體轉變時所需的濃度降低。換句話說,即是由於毛細管十分細,氣體會優先在毛細管中發生凝聚构成液體。多孔氧化鋁光子晶體作為一種納米尺度的多孔原料,其中應該同樣存在毛細凝聚現象,同時,由於入射光截止帶的存在,当女儿Kulture第一次说“妈妈”时,看着Cardi B发生,毛細凝聚現象將會對入射光截止帶產生影響。他們研讨瞭多孔氧化鋁光子晶體在吸附有機氣體時由毛細凝聚導致的一系列光學現象。研讨發現,由於毛細凝聚作用,有機氣體被吸附到肯定水平時會由氣相轉變成液相,這種相變惹起瞭光損失的轉變,在光子帶隙上表但是,兩支上賽季氣力還旗鼓相當的敵手,本賽季竟已判若雲泥,又豈是折損一個莫泰可以解釋通的?記者:杨娇妹:杨娇妹劉偉莫泰不測受傷由於不測受傷,莫泰隻出戰瞭不到一節的工夫,失掉瞭6分3個籃板,爾後便再也沒有退場亮相 從電視轉播鏡頭來看,坐在替補席上的莫泰右腿傷勢並無大礙,或許是鑒於同敵手氣力懸殊,自覺上場隻會減輕莫泰傷勢,吳慶龍爾後沒有再部署其上場現為帶底透過率由開始的逐渐上升轉變為下降。通過模擬計算進一步證實,這一轉變的拐點與有機氣體的氣液相變紧密相關(Nano Res. DOI: 10.1007/s12274-015-0949-x)。毛細凝聚現象不断以來備受關註,應用范圍也非常廣泛,例如比外貌積剖析儀、有機物質萃取分離等。這一研讨將為探測相轉變及過程,研讨原料的物感性質以及拓展原料應用提供一種能够的新途徑,也為原位檢測存在光損失突變類的轉變過程等提供一種新的可行性方案 。

  在多孔氧化鋁光子晶體中引入瞭缺陷形式,為制備新型的光子器件提供瞭基礎 。類似於半導體中的缺陷能級能夠改變半導體的某些性質那樣,在完好的光子晶體中引入缺陷的話,也會產生缺陷態,這種缺陷態將給人們更廣闊的操縱光的空間。簡單而言,這種光缺陷形式就像是在一堵墻上打開一扇窗戶,光能够通過窗戶照到墻的另一邊。在光子晶體中,這種缺陷形式是通過在周期結構中参加另外一層物質,從而打開一扇通光的“窗戶” 。但是,由於原料制備的限制,現階段可操纵備缺陷形式依然比較困難。基於多孔氧化鋁光子晶體的內部結構與施加的氧化電壓直接相關,他們通過奇妙地設計陽極氧化過程中的氧化電壓,直接原位地在光子晶體的周期性結構中引入瞭缺陷層,在多孔氧化鋁光子晶體中獲得瞭缺陷形式。通過研讨發現,缺陷峰與缺陷層結構之間存在著周期性的對應關系,缺陷峰地位隨入射角添加會表現出非線性藍移(J. Phys. D Appl. Phys. 2015, 48, 435304) 。這種在光子晶體中引入缺陷峰的办法比其余办法愈加簡單牢靠,將能夠更方便地應用於光波導、光學微腔等方面,並且為下一步研讨使用缺陷形式制備新型的光子器件提供瞭肯定的基礎。

  該系列研讨有利於進一步了解多孔氧化鋁光子晶體中原料、結構與光學性質之間的關系以及多孔氧化鋁光子晶體中光與物質的互相作用,對未來開發基於多孔鋁光子晶體的新型光學器件及應用於光學集成等方面具有肯定的意義。

  該系列任务失掉國傢科技部納米專項及國傢自然科學基金等項目的撑腰。

  

  

圖1 多孔氧化鋁光子晶體吸附差别濃度乙醇後帶隙地位的變化

  

  

圖2 多孔氧化鋁光子晶體中法諾共振產生的原理

  

  

圖3 異質結構多孔氧化鋁光子晶體正反照片,對應的上、下兩照片為同一樣品

  

  

圖4 異質結構多孔氧化鋁光子晶體不屈衡光傳輸表示圖

  

  

圖5 介質的光汲取對多孔氧化鋁光子晶體光子帶隙的影響

  

  

圖6 模擬計算的缺陷峰與缺陷層厚度的關系

  

 

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