表面等離子激元共振模式的實驗與理論研究獲得新進展

利用表面等離激元可以獲得突破衍射極限的光的操控，實現亞波長光子學器件和集成。對表面等離激元納米共振腔中模式的研究，不但可以揭示光與金屬納米結構相互作用機理，同時為納米尺度的全光調制器、濾波器和納米激光器等提供新原理和新方法。

最近，俞大鵬教授和張家森教授團隊合作研究，團隊博士生朱新利等對圍欄形的表面等離激元納米共振腔中的模式開展了一系列研究。他們利用電子束激發納米腔中的表面等離激元，獲得了清晰的表面等離激元模式，結合理論模拟分析研究了表面等離激元的形成物理機理，發現其垂直于表面的分量決定了納米腔中表面等離激元模式的強度分布，證明電子束局域激發表面等離激元的垂直分量。這一發現對表面等離激元的激發機理研究以及納米腔中模式的直接探測有着重要的意義。他們還實驗研究了金屬反射鏡的高度對表面等離激元模式的影響規律，為共振腔特性的操控提供了新的自由度。實驗中利用凸起的金屬牆作為反射鏡，獲得了比較高的品質因子和豐富的模式，具有遠小于一般光學微納腔的模體積，為進一步實現表面等離激元納米激光器打下了基礎。該結果于9月14日發表在物理學領域的頂級刊物《物理評論快報》（Physical Review Letters 105,127402 (2010), Xinli Zhu et al.）的網絡版上。

該研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部973計劃以及介觀物理國家重點實驗室自主科研項目等的大力資助。

Confined Three-Dimensional Plasmon Modes inside a Ring-Shaped Nanocavity on a Silver Film Imaged by Cathodoluminescence Microscopy, X. L. Zhu, Y. Ma, J. S. Zhang,* J. Xu, X. F. Wu, Y. Zhang, X. B. Han, Q. Fu, Z. M. Liao, L. Chen, and D. P. Yu,† Physical Review Letters 105, 127402 (2010).