新型二維平面材料表面等離激元研究

近日，北大beat365凝聚态所NanoSmart Plasmonics研究團隊的方哲宇百人計劃研究員在朱星教授的帶領下分别和西班牙ICFO研究所的F. Koppens教授、CSIS研究所的F. J. García de Abajo 教授、美國RICE大學P.M.Ajayan，P. Nordlander，N.J.Halas教授合作将表面等離激元和石墨烯及其他新型二維平面材料相結合，研究并開拓了二維平面材料表面等離激元研究領域，相關論文連續發表在Nano Lett., ACS Nano, Adv. Mater.等國際期刊上。

1）将納米光學天線制備在單層石墨烯的表面，成功實現了利用表面等離激元在衰減過程中産生的“熱電子，hot electron”對單層石墨烯進行了n-type電摻雜；結合Koppens教授之前的利用量子點實現p-type電摻雜石墨烯的研究[Nat. Nanotec. 7, 363, 2012]，研究人員提出了光緻石墨烯電學回路的設想。相關研究報告發表在《ACS 納米》，[ACS Nano,2012, 6, 10222] ，文章在線發表後成為ACS Nano 2012年10月下載量最多的文章之一，這一成果被該期刊feature report：http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/nn305144w此工作是方哲宇研究員前期工作“表面等離激元納米天線三明治光電探測器”[Nano Lett. 2012, 12, 3808]的延續。

2）課題組繼而和García de Abajo 教授（CSIC）合作研究了石墨烯作為一種半金屬其本身的表面等離激元共振現象。利用外加門電壓的方法對石墨烯單層進行電摻雜，提高石墨烯單層的載流子濃度和費米能，最終在中紅外波段探測研究了石墨烯納米盤（直徑50nm）及納米環（100nm）的電偶極共振及雜化模式，如圖2所示，相關論文近期在線發表在ACS Nano,2013, doi:10.1021/nn3055835

3）同時課題組長期和美國RICE大學Jun Lou，P.M.Ajayan，P. Nordlander，N.J.Halas等教授合作，近期在Adv. Mater.上合作發表有關利用氮化碳二維平面納米薄膜在可見光範圍内對電池析氫光催化的有效應用[Adv. Mater. 2013, doi: 10.1002/adma.201204453]。研究發現厚度僅為2nm的氮化碳薄膜具有2.65 eV的光帶隙，在可見光的激發下可作為光催化劑提高析氫效率，如圖3所示。

以上工作均得到beat365官方网站凝聚态所以及介觀物理國家重點實驗室的支持。