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GMZO薄膜中价带等离子体激发的研究及其在无缓冲层等离子体增强太阳能电池中的适用性
摘要： 通过结合消除缓冲层与等离子体增强的透明导电氧化物（TCO）层的方法，引入等离子体增强吸收并减少制备步骤，是实现低成本超薄无缓冲太阳能电池（SCs）的一种极具吸引力的方案。本文报道了一种在掺镓氧化镁锌（GMZO）薄膜中产生宽带溅射激发等离子体特征的新方法，该特征源于不同金属与金属氧化物纳米团簇的形成。通过对光电子能谱、光谱椭偏仪及场发射扫描电镜测量结果的全面分析，评估了GMZO薄膜中的等离子体特征及其与各类纳米团簇的关联。此外，通过以下方式探究了基于等离子体增强GMZO薄膜的无缓冲SCs的适用性与预期性能：1）等离子体增强-GMZO/CIGSe异质结处的带阶分析；2）模拟研究传导带阶（CBO）对无缓冲SCs性能的影响；3）利用不同CBO的GMZO薄膜参数预测无缓冲SC的性能；4）设想具有计算所得CBO和吸收层厚度（300 nm）的超薄无缓冲SC概念。在实验计算得出的带阶与超薄吸收层厚度（300 nm）条件下，理论计算的无缓冲SC性能参数为：开路电压（Voc）0.75 V、短路电流密度（Jsc）17.29 mA/cm2、填充因子（FF）80.5%及效率（Eff）10.46%。
关键词： 超薄太阳能电池、不间断电源、铜铟镓硒、等离子体激元
更新于2025-11-21 11:03:13
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溅射生长NMZO薄膜中价电子激发与等离激元增强的研究：用于能量收集应用
摘要： 我们报道了一种在钠掺杂氧化镁锌（NMZO）薄膜中通过溅射激发产生等离激元的新方法。在双离子束溅射系统中，利用次级直接耦合离子源在薄膜生长过程中进行材料溅射，由于薄膜中不同元素的溅射速率差异，导致其组成元素形成纳米团簇，从而产生等离激元。对NMZO中等离激元生成的验证如下：a) 通过紫外光电子能谱测量获得的电子能量损失谱中识别等离激元特征；b) 计算体相价带、表面价带和颗粒等离激元共振能量，并将每个等离激元峰与不同纳米团簇的相应等离激元能量峰对应；c) 采用光谱椭偏仪测量，通过研究不同光学特性来验证等离激元行为。此外，将等离激元特性与碱金属结合对提高太阳能电池性能起着关键作用。因此，探究了作为CIGSe/背接触层之间背散射层的等离激元增强型NMZO，以确定以下额外优势：1) 由于NMZO层中的钠扩散，钠掺入吸收层；2) 在背接触与CIGSe之间加入NMZO层改善CIGSe薄膜的形貌。通过二次离子质谱测量探究钠向吸收层的扩散情况，并利用场发射扫描电子显微镜分析研究在背接触/吸收层之间加入NMZO层对CIGSe形貌的改善。
关键词： UPS、NMZO、超薄太阳能电池、等离子体激元、溅射
更新于2025-11-21 11:03:13
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石墨烯纳米带中高阶等离激元的边缘依赖反射与继承性精细结构
摘要： 我们研究了石墨烯纳米带中的高阶等离激元，并探讨了电子边缘态和波函数精细结构对石墨烯等离激元的影响。基于最近邻紧束缚计算，我们发现基于非局域体等离激元色散的驻波模型对于宽度低至几纳米的扶手椅型纳米带具有惊人的准确性，并确定了相应的边缘反射相位移动和有效纳米带宽度。较宽的锯齿型纳米带表现出类似的相位移动，而驻波模型对几纳米宽的锯齿型纳米带描述效果较差，很大程度上归因于其边缘态。我们直接证实锯齿型纳米带中更大的等离激元展宽也源于其边缘态。此外，我们报道了纳米带等离激元诱导电荷中显著的精细结构——扶手椅型纳米带的该结构遵循由谷间耦合诱导的电子波函数振荡。有趣的是，这种波函数精细结构也在我们的密度泛函理论类比计算中被发现，且紧束缚数值计算与这些结果都能通过石墨烯纳米带的解析狄拉克理论得到很好的解释。
关键词： 等离子体激元、边缘态、紧束缚模型、密度泛函理论、狄拉克理论、石墨烯纳米带
更新于2025-09-23 15:23:52
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等离子体增强的上转换发光的物理原理及研究进展
摘要： 本综述介绍了等离激元增强上转换发光的原理与研究进展。首先，我们基于量子电动力学重点阐述了等离激元增强上转换发光的物理机制与原理；其次详细介绍了该领域的研究进展，包括金属/薄膜、核壳结构上转换纳米晶、等离激元阵列/腔体及金属针尖实现的等离激元增强上转换发光。本综述不仅能深化基于量子电动力学的等离激元增强上转换发光认知，还可为该技术的潜在应用提供启发。
关键词： 等离子体激元，物理原理，上转换发光，进展
更新于2025-09-23 15:23:52
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用于通信波长高响应度全向光电探测的有源天线硅基嵌入式沟槽
摘要： 尽管近期关于利用等离激元纳米结构实现半导体带隙能量以下光探测的研究已十分深入，但这类基于热电子的器件效率始终较低——这是由于热电子在金属纳米结构活性天线中迁移和传递时不可避免地存在能量损耗。本研究提出高折射率材料嵌入式沟槽状（ETL）活性天线概念，可在金属-半导体界面下方超浅区域（约10纳米）实现近100%吸收率，该距离远小于贵金属层中热电子的平均自由程。基于这种ETL活性天线，我们在零偏压条件下分别获得1310纳米和1550纳米波长处5854 nA·mW?1与693 nA·mW?1的光响应度，显著高于现有大多数工作于光通信波段、基于活性天线的硅光电探测器。此外，ETL天线策略保持了全向宽带光响应特性，在低功率密度光照（低至11.1 μW·cm?2）下仍具有优异的线性检测度（R2=0.98889）。当入射角从垂直方向变化至60°时，ETL天线器件的光响应变化幅度小于10%。这些ETL基器件兼具高响应度与宽带全向探测能力，在硅光子学、能量收集、光催化及传感器件等诸多热电子光电子应用领域展现出重要潜力。
关键词： 热电子，嵌入式，等离子体激元，肖特基，高折射率材料
更新于2025-09-23 15:23:52
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磁电固态等离子体球形谐振器
摘要： 开展了适用于微波至光频范围的固态等离子体球形谐振器的电动力学研究。分析了介质尺寸与电磁特性对这些谐振器谐振频率及Q因子的影响。研究表明：若谐振器介质为各向同性，源自等离子体谐振器电动力学分析所得的超越方程亦可应用于回音壁谐振器分析（尽管二者属于完全不同类型的谐振器）。重点研究了磁等离子体与电等离子体谐振器的Q因子特性及其理论与实际极限值。此外，还探讨了谐振器有限尺寸对谐振频率和Q因子的影响。通过微波频段实验验证了磁等离子体谐振器谐振频率与Q因子的计算结果。
关键词： 等离子体激元、球形谐振腔、超越方程
更新于2025-09-23 15:21:21
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光热辅助金纳米颗粒的光学拉伸
摘要： 紧密聚焦激光束产生的光热能量与光学力的协同作用可用于改变金纳米颗粒的形状。本研究证明，这两种效应的结合能有效拉长金纳米颗粒（Au NPs），大幅调控其等离激元特性。激光的光热效应使Au NPs温度超过熔点，而光学力则使熔融态Au NPs发生形变。最终，Au NPs的形状会根据辐照功率、时间及基底表面能的不同，从纳米球转变为纳米棒或二聚体。通过高激光功率引发的毛细退润作用，该过程可逆——能使纳米棒重新变回纳米球。这种纳米结构的光诱导转变不仅为调控等离激元共振提供了简便方法，更揭示了光热能量与光学力协同作用于等离激元纳米颗粒的机理。
关键词： 棒状体、薄膜、二聚体、光学力、等离子体激元
更新于2025-09-23 15:21:21
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采用平行分裂环的纳米粒子及链结构实现中红外能量收集中的偏振无关法诺共振
摘要： 在光学器件中，入射波的偏振特性会影响纳米粒子的性能表现。因此，在设计光学结构时，开发偏振无关的器件具有重要意义。另一方面，法诺共振与暗模概念已被用于实现更强的能量增强效应。本文通过采用法诺共振原理，研制出一种与入射波偏振无关的对称纳米天线。该纳米天线经改进后适用于中红外波段的生物传感与能量收集应用。所设计的超材料天线由带有刻蚀电容间隙的纳米开口环谐振器构成，这些结构能有效聚焦能量。该纳米天线具有明模与暗模特性，但电场增强效应较弱。通过在0°至45°入射角范围内研究入射波偏振的影响，证实了纳米天线的对称结构能确保偏振无关性。为激发暗模并增强电场，最终结构中引入了纳米链阵列，使电场强度得到显著提升。此外，通过计算品质因数作为评估不同折射率周围材料的优势参数，研究发现链式结构使纳米天线的消光截面线性部分出现峰值，进而产生法诺共振现象，且该共振未影响原本由电容间隙和电感条带调控的共振频率。
关键词： 法诺共振、暗模、可控场增强、等离子体激元
更新于2025-09-23 15:21:21
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等离子体诱导共振能量转移与热电子注入过程的统一理论：提升光电流效率
摘要： 金属纳米粒子（MNPs）中的等离激元有望增强半导体中的太阳能转换。近场区域中两种关键的增强机制是热电子注入（HEI）和等离激元诱导共振能量转移（PIRET）。对这两种机制的单独研究表明，PIRET效率受限于等离激元的短寿命，而热电子则源于等离激元衰变。建立耦合的HEI与PIRET过程的统一理论具有根本性的研究价值且对可靠预测必不可少，但由于参与增强过程的各种组分之间存在多重相互作用，该理论构建较为复杂。本文采用模型哈密顿方法建立了包含PIRET和HEI的联合理论框架，研究了耦合动力学及热电子能量分布的时间演化。该理论进一步预测了PIRET光谱依赖性中由干涉引起的不对称性，可用于区分PIRET与HEI。由于PIRET和HEI的相对贡献强烈依赖于MNPs的尺寸，这为调控两者贡献强度提供了简单途径。本文结果可为未来等离激元太阳能收集应用提供进一步指导。
关键词： 等离子体激元、金属纳米粒子、热电子注入、太阳能转换、等离子体诱导共振能量转移
更新于2025-09-23 15:21:01
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1维金属-介质-金属光栅结构作为可见光波段超窄带完美等离子体吸收器及其在葡萄糖检测中的应用
摘要： 在电磁波谱可见光范围内，对于一种易于制造、性能完美且具有窄带特性的光吸收器，始终存在广泛的科研与器件应用需求。本研究提出一种金属-介质-金属（MDM）一维光栅等离子体结构，作为可见光波段的完美窄带光吸收器并应用于葡萄糖检测。该结构由金膜上的介质层顶部设置一维金光栅构成。通过计算品质因数和优值（FOM），对介质光栅折射率（n）、光栅厚度（t）、光栅宽度（W）及光栅周期（P）进行优化以提升等离子体结构性能。优化后的等离子体结构展现出完美窄带光吸收特性。通过合理选择几何参数和介质光栅折射率，该结构还能实现特定波长工作的灵活性。采用等效RC模型解析结构各组件对光学响应的影响。该结构的吸收响应不受入射角度影响，且计算显示其吸收率可达~100%，半高全宽带宽（FWHM）窄至~2.8 nm。我们数值验证了该MDM吸收器作为可见光波段等离子体葡萄糖传感器的应用潜力，其检测灵敏度范围达140至195 nm/RIU。
关键词： 金属-电介质-金属、等离子体激元、葡萄糖检测、光学传感器、光学探测器、LC等效电路
更新于2025-09-23 15:21:01