研究目的
研究二氧化钒（VO?）作为相变材料动态调控贵金属纳米结构的等离激元特性，并操纵等离激元纳米结构附近量子发射体的发射特性。
研究成果
研究表明，二氧化钒作为相变材料在动态调控等离激元特性及操控量子发射体发光方面具有潜力，为需要高速开关和低功耗的光电子学领域提供了广阔应用前景。
研究不足
该研究聚焦于VO2相变的热触发机制，但其速度与能效可能不及电触发方法，在高速光电器件中的应用或需进一步优化。
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019年6月23日-27日)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 利用相变材料通过等离子体结构实现光操控
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019年6月23日-27日)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 利用相变材料通过等离子体结构实现光操控
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8872767
出版年份：2019
更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要：
过去十年间，大量研究聚焦于利用等离子体结构与超材料来控制电磁辐射。这类结构的响应特性高度依赖于制备过程中的参数设置，例如所用材料组合及其结构尺寸。尽管在光电子学领域具有广阔应用前景，但这类结构在制备后无法调节光学响应的特性带来了严重局限。为解决这一问题，我们提出了一种由二氧化钒（VO?）薄膜上的等离子体纳米结构构成的可调谐等离子体元件——VO?作为一种相变材料具有显著优势。该材料在接近室温的临界温度68°C时，能发生从半导体相到金属相的可逆大范围转变。虽然现有VO?研究多集中于相变时近红外波段（1μm以上）光学特性的显著变化，但本研究重点关注可见光波段内VO?介电函数的变化。我们通过实验与数值模拟，特别探究了利用VO?相变动态调控贵金属纳米结构等离子体特性，以及操纵邻近等离子体纳米结构的量子发射体发光特性的可能性。
实验观察到：当热触发VO?从半导体相向金属相转变时，生长在VO?薄膜层上的金纳米棒阵列等离子体特性发生剧烈变化。暗场散射实验显示（图1a），相变过程中红色光谱区域（尤其是650nm附近）的散射强度下降超过50%。此外，我们的光谱与时间分辨测量表明（图1b）：通过底层VO?薄膜的热致相变，可调控金纳米棒阵列附近量子点（CdSeS/ZnS）的发光特性。当VO?处于半导体相时，纳米棒阵列上量子点的光致发光（PL）强度较远离阵列的同薄膜区域显著猝灭；而当VO?层被热激活转变为金属相时，阵列上量子点则呈现发光增强现象。同时加热效应导致阵列内外量子点的主要PL发射峰均红移15nm。相关实验结果均配有FDTD模拟验证。
作者：
Stephen Cunningham，John J Gough，Stephen Barry Porter，Plamen Stamenov，Calin Hrelescu，A Louise Bradley
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