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    我国学者在钠基等离激元器件研究领域取得新进展

    日期 2020-06-12   来源:工程与材料科学部   作者:陈克新 熊杰  【 】   【打印】   【关闭

    图. 金属钠薄膜的制备(上)与钠基等离激元红外光子器件性能(下)

      在国家自然科学基金项目(批准号:51925204、11621091)等资助下,南京大学朱嘉、周林、祝世宁团队与北京大学马仁敏等研究组合作,在钠基表面等离激元材料与光子器件研究领域取得新进展。研究成果以“稳定且高性能的钠基近红外等离激元器件(Stable, high performance sodium based plasmonic devices in the near-infrared)”为题,于2020年5月27日在线发表在《自然》(Nature)杂志上。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2306-9。

      金属表面等离激元因其对光场具有亚波长尺度的约束能力和突破衍射极限的传输特性,在微纳光子学与集成光子器件领域具有广阔的应用前景。目前,常用金、银等贵金属材料具有稳定性好的优点,但本征损耗高、成本高,从而使贵金属等离激元器件走向应用面临巨大挑战。长期以来,寻找光频段低损耗的金属材料受到研究人员的持续关注。与贵金属相比,以钠为代表的碱金属材料接近理想自由电子气模型、带间跃迁损耗小,且理论上具有更低的光学损耗。然而,由于金属钠活泼的化学性质和严苛的制备条件,基于金属钠的等离激元器件鲜有报道。

      该研究团队运用高效、低成本的液态金属旋涂工艺结合可控冷却技术,成功制备了低损耗、高质量金属钠结构。受益于更长的载流子寿命,制备出的钠基等离激元波导在近红外波段的传播长度超过200微米,其品质因数亦明显优于传统的贵金属基波导的品质因数。在此基础上制备的钠基通讯波段激光器在室温下的光泵激射阈值仅为140千瓦每平方厘米,该阈值是目前同类等离激元纳米激光器室温激射的新低阈值。

      以钠为代表的碱金属在近红外波段展现出了优异的等离激元特性,这为探寻低损耗的等离激元光子材料提供了新的思路。低损耗、高性能的钠基等离激元器件的成功制备为光学集成芯片等应用打下了坚实的科学基础。




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