优博微展2022｜王彦沣：复合纳米孔阵列的设计、制备及表面等离激元性质
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复合纳米孔阵列的设计、制备及表面等离激元性质
Design, Fabrication, and Plasmonic Properties of Complex Nanohole Array
作 者：王彦沣
指导教师：张政军
培养院系：材料学院
学 科：材料科学与工程
读博感言：常问常思，接下来该做什么
亚波长金属纳米孔(NH)阵列结构的超常光学透过(EOT)现象克服了衍射极限，使在亚波长尺度对入射光的精确调控成为可能。结合金属NH阵列本身良好的导电性以及金属材料的机械稳定性，等离激元共振带来的局域电磁场增强等特性，亚波长金属 NH 显示出巨大的应用潜力。但由于NH阵列的等离激元调控手段有限，其在一些主要应用方面的性能已经到达瓶颈。结构的复合是突破亚波长金属NH在应用方面面临的瓶颈的有效手段，成为了目前光学超表面研究的重点。但在针对目标应用环境，开展复合 NH 阵列结构设计和研究时仍面临关键挑战：对复合 NH 阵列无穷结构空间的探索以及针对目标性能进行结构设计等缺乏指导。关于复合 NH 结构的研究既需要收集经验信息，也需要理论预测的帮助。基于合适的制备手段建立结构预测工具，对该结构的性能给出准确预测，是针对目标应用指导结构设计和制备生产的关键。
以亚波长金属纳米孔阵列为对象，针对提升结构宽带光学透过率和电导率等关键科学问题开展复合纳米孔结构设计与光、电性能研究。首先，建立基于纳米微球动态阴影沉积技术的复杂阵列形貌仿真方法，结合时域有限差分仿真软件对结构光学性质及响应机理进行研究，筛选具有目标光学性能的复合纳米孔阵列结构并指导其制备；进一步利用纳米微球动态阴影沉积技术进行所设计的复合纳米孔结构的快速、大面积制备；针对目标应用利用等离激元耦合调控纳米孔阵列 EOT 性质，优化复合纳米孔结构的耦合波长，提高复合纳米孔阵列宽带光学透过率及电导率，通过多 EOT 模式耦合及利用透过光谱的线偏振光偏振角度依赖特性对结构等离激元传感灵敏度及品质因子等综合性能进行优化。
1、发展了纳米微球动态阴影沉积的精细形貌仿真方法，为等离激元光学纳米结构的设计和可控制备提供工艺性指导；
2、利用复合纳米孔结构间等离激元耦合作用，打破了其光学透过率和电导率间的倒置关系，同时提升了结构的电导率和近红外宽光谱的平均透过率，为高性能透明导电金属薄膜的设计提供了新思路；
3、通过复合孔阵列等离激元多模式间耦合和结构各向异性引起的光谱偏振依赖特性，综合提升了折射率传感的灵敏度和品质因子，为设计高性能折射率传感器提供了技术路线。
1、Wang Y F, Zhang Z J, Zhao Y P, et al. Nanotechnology, 2020, 13(7):075203.
2、Wang Y F, Zhang Z J, Zhao Y P, et al. J. Phys. D: Appl. Phys., 2020, 53(27):275202.
3、Wang Y F, Zhang Z J, Zhao Y P, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12(33):3743537443.
4、Wang Y F, Zhang Z J, Zhao Y P, et al. J. Phys. D: Appl. Phys., 2021, 54(15): 155201.
5、Wang Y F, Zhang Z J, Zhao Y P, et al. J. Phys. Chem. C, 2021, 125(29): 1633416342.
6、Wang Y F, Zhang Z J, Zhao Y P, et al. ACS Appl. Electron. Mater., 2021, 3(8): 34893500.
7、Wang Y F, Zhang Z J, Zhao Y P, et al. ACS Appl. Nano Mater., 2022, 10.1021/acsanm.2c01962.
8、Wang Y F, Zhang Z J, Zhao Y P, et al. Proc. SPIE 11797, 117971X (1 August 2021).
何为优博微展？
优博微展是清华大学应届优秀博士毕业生论文精华的呈现，由清华大学研究生院联合各院系收集并发布，旨在对我校博士研究生的阶段性学术成果和在校时期科研成绩进行简要、集中展示。
作者、图片：王彦沣
组稿、校阅：楚若冰
统筹：研究生院培养办
编辑与设计：研究生院综合办