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在纳米光子学研究前沿执著探索 纳米光子学是一门新兴的交叉学科,结合了光学和纳米科学的知识与技术,尤其涉及了单个量子物理学器件、量子点、等离子体体系等与光子相互作用的基础物理、光敏材料、太阳电池、光学振荡器件等光电器件及其设计、制备与应用研究。自上世纪90年代以来,随着扫描隧道显微镜、场发射扫描电镜、湿化学合成、有机-无机杂化制备技术等的发展与广泛应用,纳米光子学得以快速发展,其前沿抢占着科学探索的最高峰。 在纳米光子学研究领域,研究人员们通过制备各种纳米结构,发现了许多新奇的物理现象与效应。例如,利用金属和半导体等材料的等离子体体系,可以制作出各种形状的金属纳米结构,那些假设是光学和电学成分耦合且表面等离子体共振现象,使得金属纳米结构具有各种强烈的光学现象,诸如局域表面等离子共振、等离子体耦合共振与菲涅耳超构等。而且,研究人员还证明了这些结构的光学性质是可以对其形状、材料以及周围介质折射率等参数进行精确调控的。研究导向纳米体系的光子学性质的确是可塑性强且实用多样的。 此外,在纳米光子学领域,利用超材料技术,可以制备出反常的折射率,这种折射率在某些情况下可以呈负值,形成负折射现象。负折射现象破坏了纳米尺度其他材料的普遍行为,可应用于实现光束的超聚集和成像,对于提高信息处理、抗信息窃取等等具有重要的作用。此外,通过光子晶体及其特殊结构,还能制备出大量与只存在于光波的物理现象,如光子传递、腔光晶格、较差共振爆发、干涉光子阵列等等,进一步丰富了光学领域研究的层面。 当然,在实际应用中,纳米光子学也取得了重要的进展。人们在此基础上,利用这些新奇的光学效应设计制造了众多的微纳光子学器件,如传感器、随身光谱仪、新颖电池、宽带渐变折射率透镜等。其中,太阳能电池便是其中的重要代表。通过利用纳米光子学可调光学特性的金属和高折射率材料结构,可以大大增强光子收集效率,并大大提高太阳能电池的能量转化效率。这扩大了纳米光子学研究领域实际应用的含义,更加体现了学科交叉应用的实质意义。 总之,纳米光子学的研究是,一个充满奇特、具有实用价值,并极具影响力的领域。正因为其所具有的前沿性、交叉性以及眉目的实用价值,纳米光子学在未来将会有越来越多的相关研究成果不断呈现。由此也可见,纳米光子学这一跨学科研究领域的“高峰地带”极具挑战性,然而仍有无限可能等待着我们去探索、去实践。