具有Fano共振的金属纳米结构影响MoS2光学特性的研究

论文摘要

金属纳米结构可以被入射电磁波激发而导致金属表面的自由电子发生振荡从而形成局部表面等离子体,金属纳米结构这种特殊的光学性质取决于纳米粒子的形状、尺寸、材料和入射光的状态,因此通过调整金属纳米结构的光学性质,越来越多具有特定功能的光电器件已经被展示。例如用于天然手性分子识别的手性纳米结构,以及基于Fano的高折射率生物传感器。特别需要提到的是,Fano共振是一种仅存在于量子区域的独特现象,在金属纳米结构中可以通过等离子体耦合实现,并在生物传感器,纳米电子学和显示器中得到广泛应用。二维材料因其在热、力、电和光学方面的独特优异性能而备受关注。然而,单层MoS2的发光特性相对较弱,这妨碍了它们在下一代光电器件中的广泛应用。因此,增强和操纵单层MoS2的发光是一个热门的研究课题。在这里,本文采用金属纳米结构的Fano共振来调谐单层MoS2的光学特性。首先,本文设计了两种具有Fano共振的金属纳米结构,使用FDTD数值算法模拟具有Fano共振的纳米结构的光学性质,并研究Fano共振的基本物理机理。同时使用等离子体耦合杂化模型分析不同金属纳米结构之间的等离子体耦合模式。然后改变纳米结构的形貌参数研究Fano特性与纳米结构参数之间的关系,并比较了这两种金属纳米结构在Fano共振,光谱半高全宽和近场电场强度方面的优缺点。最后,选择结构简单而且容易调谐的金属纳米结构来控制单层MoS2的光学性质。接下来将单层MoS2与选定的金属纳米结构相结合,研究了Fano共振与单层MoS2之间的相互作用,包括MoS2的光子吸收和Fano共振的Rabi分裂的增强。结果表明单层MoS2与金属纳米结构之间的相互作用为弱等离子体-激子耦合,并且解释了单层MoS2的光致发光增强的机制,即两者之间的相互作用既可以增强金属纳米结构的Fano共振特性又提高了MoS2对光的吸收。本论文有助于开发超薄,柔性和高发射的光电器件。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 窦层

导师: 吴希军

关键词: 金属纳米结构,共振,时域有限差分法,光致发光

来源: 燕山大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,无机化工,材料科学

单位: 燕山大学

基金: 刘海龙老师的河北省自然科学基金项目,项目名称《基于点群理论旋转对称金属纳米结构高阶光学谐振模式的研究》,项目编号:F2016203282

分类号: TQ136.12;TB383.1;O321

DOI: 10.27440/d.cnki.gysdu.2019.001232

总页数: 64

文件大小: 10990K

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标签：金属纳米结构论文;  共振论文;  时域有限差分法论文;  光致发光论文;