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等离子体激元为光电探测器披上隐身衣

导读: 这种可调的金属半导体设备在未来将用于许多相关领域,包括太阳能电池、传感器、固态照明、芯片级的激光器等。

  美国斯坦福大学和宾夕法尼亚大学组成的一个联合工程师团队首次使用等离子体激元创建出一个可以探测光同时也可以隐形的新设备,应用于先进的医学成像系统和数码像机中,可生成更为清晰、更准确的照片和影像。

  等离子体激元,即在光激发下的金属纳米结构中自由电子气集体振荡,是目前可以突破光的衍射极限来实现纳米尺度上对光操纵的新型量子态,为光学元器件和芯片的小型化以及未来信息领域超越摩尔定律带来了曙光。

  新研究首次将等离子体激元这一概念用于光电子探测隐形设备。研究人员称,在其上的反光金属涂层可使一些东西看不见,使这种设备不可直观,由此创建出一种隐形的光检测器装置。该设备的核心是由薄薄的金帽覆盖硅纳米线。研究人员通过调整硅中的金属比例,即一种调谐其几何尺寸的技术,精心设计了一个“电浆斗篷”,其中金属和半导体中的散射光相互抵消,从而使该设备不被看见。该技术的关键在于,在薄金涂层中建立一个偶极子,与硅的偶极子在力量上可对等。当同样强烈的正负偶极子相遇时,它们之间相互抵消,系统就会变得不可见。

  研究人员说:“我们发现,一个精心设计的金壳极大地改变了硅纳米线的光学响应。在金属丝中光吸收略有下降,而由于隐形效果,散射光会下降100倍。实验同样证明,在计算机芯片中常用的其他金属如铝和铜也会具有同样效果。之所以能够产生隐蔽性,首先是金属和半导体的调整。而如果偶极子没有正确对齐,隐形效果则会减弱甚至失去。所以只有在适量材料中的纳米尺度下,才能做到最大程度的隐形。”

  研究人员预测,这种可调的金属半导体设备在未来将用于许多相关领域,包括太阳能电池、传感器、固态照明、芯片级的激光器等。例如,在数码像机和先进的成像系统中,等离子体激元的隐形像素可能会减少由于相邻像素之间破坏性串扰产生图像模糊的状况,从而生成更清晰、更准确的照片和医学影像。

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