超小间距纳米柱阵列中的谐振调制

吕江涛; 赵玉倩; 宋爱娟; 杨琳娟; 张杨宇; 刘艳; 谷琼婵; 姜潇潇; 马振鹤; 王凤文; 司光远

doi:10.7498/aps.62.237806

摘要

本文首先研究了具有通常柱间距（大于100 nm）的纳米柱阵列在近红外波段的光学特性并实现了通过改变阵列参数（如周期）来调制局域表面等离子体谐振. 随后，通过使用电子束直写和离子束刻蚀的方法制备出具有超小柱间距（小于50 nm）和超高密度（ultrahigh density）的纳米柱阵列并通过对表面等离子体谐振的调制实现了在可见光波段滤出不同颜色的单色光. 本文中所展示的纳米柱功能阵列可以与现有的数字光处理（digital light processing，DLP）技术相兼容进而构造具有超小像素的显示屏，可以在显示、成像等领域取得广泛的应用.

关键词:

纳米柱 /
超小间距 /
超高密度 /
显示

Abstract

In this work, we first investigate the optical properties of nanorod arrays with normal inter-rod spacing (>100 nm) and realize the tuning of nanorod localized surface plasma resonance (LSPR) by changing array parameters (e.g., periodicity). Then we filter our individual colors in the visible range using nanorod arrays with ultrasmall inter-rod spacing and ultrahigh density fabricated by electron beam lithography (EBL) and ion etching. The functional nanorod arrays developed in this work are compatible with current digital light processing technique, enabling screen with ultrasmall pixels which can find extensive applications in display and imaging.

Keywords:

作者及机构信息

1.
东北大学秦皇岛分校控制工程学院, 秦皇岛 066004

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：31170956）、东北大学秦皇岛分校校内博士启动基金（批准号：XNB201302）、河北省自然科学基金（批准号：A2013501049）、河北省高等学校科学技术研究重点项目（批准号：ZD20132011）、中央高校基本科研业务费（批准号：N120323014，N120323002）和辽宁省科学技术基金项目（批准号：20131031）资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of Control Engineering, Northeastern University at Qinhuandao, Qinhuangdao 066004, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 31170956), NEUQ internal funding (Grant No. XNB201302), the Natural Science Foundation of Hebei Province, China (Grant No. A2013501049), the Science and Technology Research Funds for Higher Education of Hebei Province, China (Grant No. ZD20132011), the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China (Grant Nos. N120323014, N120323002), and the Science and Technology Foundation of Liaoning Province, China (Grant No. 20131031).

参考文献

[1]	Wang K, Long H, Fu M, Yang G, Lu P X 2010 Opt. Lett. 35 1560
[2]	Si G Y, Zhao Y H, Liu H, Teo S, Zhang M S, Huang T J, Danner A J, Teng J H 2011 Appl. Phys. Lett. 99 033105
[3]	Han Q Y, Tang J C, Zhang C, Wang C, Ma H Q, Yu L, Jiao R Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 135202 (in Chinese) [韩清瑶, 汤俊超, 张弨, 王川, 马海强, 于丽, 焦荣珍 2012 61 135202]
[4]	Jeong-Ryeol C 2010 Chin. Phys. B 19 010306
[5]	Wu Z Y, Yang Y T, Wang J Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 1890 (in Chinese) [吴振宇, 杨银堂, 汪家友 2010 59 1890]
[6]	Lv J T, Wang F W, Ma Z H, Si G Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 057804 (in Chinese) [吕江涛, 王凤文, 马振鹤, 司光远 2013 62 057804]
[7]	Liu P B, Huang H, Cao T, Liu X Y, Qi Z B, Tang Z N, Zhang J N 2013 Appl. Phys. Lett. 102 163701
[8]	Wang Y, Wang X, He X J, Mei J S, Chen M H, Yin J H, Lei Q Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 137301 (in Chinese) [王玥, 王暄, 贺训军, 梅金硕, 陈明华, 殷景华, 雷清泉 2012 61 137301]
[9]	Zhang C L, Wang R, Min C J, Zhu S W, Yuan X C 2013 Appl. Phys. Lett. 102 011114
[10]	Swaim J D, Knittel J, Bowen W P 2011 Appl. Phys. Lett. 99 243109
[11]	Hong X, Du D D, Qiu Z R, Zhang G X 2007 Acta Phys. Sin. 56 7219 (in Chinese) [洪昕, 杜丹丹, 裘祖荣, 张国雄 2007 56 7219]
[12]	Zheng X H, Wang Y Q, Zhang Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 8751 (in Chinese) [郑显华, 王瑛琪, 张岩 2009 58 8751]
[13]	Chen H J, Shao L, Li Q, Wang J F 2013 Chem. Soc. Rev. 42 2679
[14]	Huang Q, Xiong S Z, Zhao Y, Zhao X D 2012 Acta Phys. Sin. 61 157801 (in Chinese) [黄茜, 熊绍珍, 赵颖, 张晓丹 2012 61 157801]
[15]	Sajan D, Hubert Joe I, Jayakumar V S 2006 J. Raman Spectrosc. 37 508
[16]	Grubisic A, Schweikhard V, Baker T A, Nesbitt D J 2013 Phys. Chem. Chem. Phys. 15 10616
[17]	Zhang Z, Liu Q, Qi Z M 2013 Acta Phys. Sin. 62 060703 (in Chinese) [张喆, 柳倩, 祁志美 2013 62 060703]
[18]	Jiang X X, Gu, Q C, Wang F W, Lv J T, Ma Z H, Si G Y 2013 Mater. Lett. 100 192
[19]	Li Z Y, Li J F 2011 Chinese Sci. Bull (Chinese Ver) 56 2631
[20]	Si G Y, Zhao Y H, Lv J T, Lu M Q, Wang F W, Liu H L, Xiang N, Huang T J, Danner A J, Teng J H, Liu Y J 2013 Nanoscale 5 6243
[21]	Dong T Y, Ye K T, Liu W Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 145202 (in Chinese) [董太源, 叶坤涛, 刘维清 2012 61 145202]
[22]	Song G F, Wang W M, Cai L K, Guo B S, Wang Q, Xu Y, Wei X, Liu Y T 2010 Acta Phys. Sin. 59 5105 (in Chinese) [宋国峰, 汪卫敏, 蔡利康, 郭宝山, 王青, 徐云, 韦欣, 刘运涛 2010 59 5105]
[23]	Wang Y, Wang X, He X J, Mei J S, Chen M H, Yin J H, Lei Q Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 137301 (in Chinese) [王玥, 王暄, 贺训军, 梅金硕, 陈明华, 殷景华, 雷清泉 2012 61 137301]
[24]	Quidant R, Girard C 2008 Laser & Photon. Rev. 2 47
[25]	Davoyan A R, Shadriivov I V, Kivshar Y S 2008 Opt. Express 16 21209
[26]	Wang L, Cai W, Tan X H, Xiang Y X, Zhang X Z, Xu J J 2011 Acta Phys. Sin. 60 067305 (in Chinese) [王垒, 蔡卫, 谭信辉, 向吟啸, 张心正, 许京军 2011 60 067305]
[27]	Xiao X, Zhang Z Y, Xiao Z G, Xu D F, Deng C 2012 Acta Phys. Sin. 61 114201 (in Chinese) [肖啸, 张志友, 肖志刚, 许德富, 邓迟 2012 61 114201]
[28]	Zhang Z Y, Du J L, Guo Y K, Niu X Y, Li M, Luo X G, Du C L 2009 Chin. Phys. Lett. 26 014211
[29]	Zhang Z Y, Du J L, Guo X W, Luo X G, Du C L 2007 J. Appl. Phys. 102 074301
[30]	Si G Y, Teo E J, Bettiol A A, Teng J H, Danner A J 2010 J. Vac. Sci. Technol. B 28 316
[31]	Chen J, Saeki F, Wiley B J, Cang H, Cobb M J, Li Z Y 2005 Nano Lett. 5 473
[32]	Si G Y, Danner A J, Teo S L, Teo E J, Teng J H, Bettiol A A 2011 J. Vac. Sci. Technol. B 29 021205
[33]	Chen J Y, Wiley B, Li Z Y, Campbell D, Saeki F, Cang H, Au L, Lee J, Li X D, Xia Y N 2005 Adv. Mater. 17 2255
[34]	Wiley B J, Im S H, Li Z Y, Mclellan J, Siekkinen A, Xia Y N 2006 J. Phys. Chem. B 110 15666
[35]	Si G Y, Zhao Y H, Lv J T, Wang F W, Liu H L, Teng J H, Liu Y J 2013 Nanoscale 5 4309
[36]	Wang K, Long H, Fu M, Zhang L C, Yang G, Lu P X 2011 Acta Phys. Sin. 60 034209 (in Chinese) [王凯, 龙华, 付明, 张莉超, 杨光, 陆培祥 2011 60 034209]
[37]	Boni L D, Wood E L, Hernandez F E 2008 Plasmonics 3 171
[38]	Yang G, Wang W T, Chen Z H 2002 Appl. Phys. Lett. 81 3969
[39]	Lecarme O, Pinedo-Rivera T, Berton K, Berthier J, Peyrade D 2011 Appl. Phys. Lett. 98 083122
[40]	Chu Y Z, Schonbrun E, Yang T, Croziera K B 2008 Appl. Phys. Lett. 93 181108
[41]	Nordlander P, Oubre C, Prodan E, Li K, Stockman M I 2004 Nano Lett. 4 899
[42]	Atay T, Song J H, Nurmikko A V 2004 Nano Lett. 4 1627

施引文献

[1]	Wang K, Long H, Fu M, Yang G, Lu P X 2010 Opt. Lett. 35 1560
[2]	Si G Y, Zhao Y H, Liu H, Teo S, Zhang M S, Huang T J, Danner A J, Teng J H 2011 Appl. Phys. Lett. 99 033105
[3]	Han Q Y, Tang J C, Zhang C, Wang C, Ma H Q, Yu L, Jiao R Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 135202 (in Chinese) [韩清瑶, 汤俊超, 张弨, 王川, 马海强, 于丽, 焦荣珍 2012 61 135202]
[4]	Jeong-Ryeol C 2010 Chin. Phys. B 19 010306
[5]	Wu Z Y, Yang Y T, Wang J Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 1890 (in Chinese) [吴振宇, 杨银堂, 汪家友 2010 59 1890]
[6]	Lv J T, Wang F W, Ma Z H, Si G Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 057804 (in Chinese) [吕江涛, 王凤文, 马振鹤, 司光远 2013 62 057804]
[7]	Liu P B, Huang H, Cao T, Liu X Y, Qi Z B, Tang Z N, Zhang J N 2013 Appl. Phys. Lett. 102 163701
[8]	Wang Y, Wang X, He X J, Mei J S, Chen M H, Yin J H, Lei Q Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 137301 (in Chinese) [王玥, 王暄, 贺训军, 梅金硕, 陈明华, 殷景华, 雷清泉 2012 61 137301]
[9]	Zhang C L, Wang R, Min C J, Zhu S W, Yuan X C 2013 Appl. Phys. Lett. 102 011114
[10]	Swaim J D, Knittel J, Bowen W P 2011 Appl. Phys. Lett. 99 243109
[11]	Hong X, Du D D, Qiu Z R, Zhang G X 2007 Acta Phys. Sin. 56 7219 (in Chinese) [洪昕, 杜丹丹, 裘祖荣, 张国雄 2007 56 7219]
[12]	Zheng X H, Wang Y Q, Zhang Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 8751 (in Chinese) [郑显华, 王瑛琪, 张岩 2009 58 8751]
[13]	Chen H J, Shao L, Li Q, Wang J F 2013 Chem. Soc. Rev. 42 2679
[14]	Huang Q, Xiong S Z, Zhao Y, Zhao X D 2012 Acta Phys. Sin. 61 157801 (in Chinese) [黄茜, 熊绍珍, 赵颖, 张晓丹 2012 61 157801]
[15]	Sajan D, Hubert Joe I, Jayakumar V S 2006 J. Raman Spectrosc. 37 508
[16]	Grubisic A, Schweikhard V, Baker T A, Nesbitt D J 2013 Phys. Chem. Chem. Phys. 15 10616
[17]	Zhang Z, Liu Q, Qi Z M 2013 Acta Phys. Sin. 62 060703 (in Chinese) [张喆, 柳倩, 祁志美 2013 62 060703]
[18]	Jiang X X, Gu, Q C, Wang F W, Lv J T, Ma Z H, Si G Y 2013 Mater. Lett. 100 192
[19]	Li Z Y, Li J F 2011 Chinese Sci. Bull (Chinese Ver) 56 2631
[20]	Si G Y, Zhao Y H, Lv J T, Lu M Q, Wang F W, Liu H L, Xiang N, Huang T J, Danner A J, Teng J H, Liu Y J 2013 Nanoscale 5 6243
[21]	Dong T Y, Ye K T, Liu W Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 145202 (in Chinese) [董太源, 叶坤涛, 刘维清 2012 61 145202]
[22]	Song G F, Wang W M, Cai L K, Guo B S, Wang Q, Xu Y, Wei X, Liu Y T 2010 Acta Phys. Sin. 59 5105 (in Chinese) [宋国峰, 汪卫敏, 蔡利康, 郭宝山, 王青, 徐云, 韦欣, 刘运涛 2010 59 5105]
[23]	Wang Y, Wang X, He X J, Mei J S, Chen M H, Yin J H, Lei Q Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 137301 (in Chinese) [王玥, 王暄, 贺训军, 梅金硕, 陈明华, 殷景华, 雷清泉 2012 61 137301]
[24]	Quidant R, Girard C 2008 Laser & Photon. Rev. 2 47
[25]	Davoyan A R, Shadriivov I V, Kivshar Y S 2008 Opt. Express 16 21209
[26]	Wang L, Cai W, Tan X H, Xiang Y X, Zhang X Z, Xu J J 2011 Acta Phys. Sin. 60 067305 (in Chinese) [王垒, 蔡卫, 谭信辉, 向吟啸, 张心正, 许京军 2011 60 067305]
[27]	Xiao X, Zhang Z Y, Xiao Z G, Xu D F, Deng C 2012 Acta Phys. Sin. 61 114201 (in Chinese) [肖啸, 张志友, 肖志刚, 许德富, 邓迟 2012 61 114201]
[28]	Zhang Z Y, Du J L, Guo Y K, Niu X Y, Li M, Luo X G, Du C L 2009 Chin. Phys. Lett. 26 014211
[29]	Zhang Z Y, Du J L, Guo X W, Luo X G, Du C L 2007 J. Appl. Phys. 102 074301
[30]	Si G Y, Teo E J, Bettiol A A, Teng J H, Danner A J 2010 J. Vac. Sci. Technol. B 28 316
[31]	Chen J, Saeki F, Wiley B J, Cang H, Cobb M J, Li Z Y 2005 Nano Lett. 5 473
[32]	Si G Y, Danner A J, Teo S L, Teo E J, Teng J H, Bettiol A A 2011 J. Vac. Sci. Technol. B 29 021205
[33]	Chen J Y, Wiley B, Li Z Y, Campbell D, Saeki F, Cang H, Au L, Lee J, Li X D, Xia Y N 2005 Adv. Mater. 17 2255
[34]	Wiley B J, Im S H, Li Z Y, Mclellan J, Siekkinen A, Xia Y N 2006 J. Phys. Chem. B 110 15666
[35]	Si G Y, Zhao Y H, Lv J T, Wang F W, Liu H L, Teng J H, Liu Y J 2013 Nanoscale 5 4309
[36]	Wang K, Long H, Fu M, Zhang L C, Yang G, Lu P X 2011 Acta Phys. Sin. 60 034209 (in Chinese) [王凯, 龙华, 付明, 张莉超, 杨光, 陆培祥 2011 60 034209]
[37]	Boni L D, Wood E L, Hernandez F E 2008 Plasmonics 3 171
[38]	Yang G, Wang W T, Chen Z H 2002 Appl. Phys. Lett. 81 3969
[39]	Lecarme O, Pinedo-Rivera T, Berton K, Berthier J, Peyrade D 2011 Appl. Phys. Lett. 98 083122
[40]	Chu Y Z, Schonbrun E, Yang T, Croziera K B 2008 Appl. Phys. Lett. 93 181108
[41]	Nordlander P, Oubre C, Prodan E, Li K, Stockman M I 2004 Nano Lett. 4 899
[42]	Atay T, Song J H, Nurmikko A V 2004 Nano Lett. 4 1627

[1]	李艳, 任思萌, 褚博, 燕汝江, 于群星, 孙辉, 邵立, 钟发成. 球形双曲色散超材料腔的多重窄带回音廊模式及透明显示应用. , 2024, 73(2): 020203. doi: 10.7498/aps.73.20231351
[2]	王贯, 顾春, 许立新. 显示设备防蓝光模式和色域的关系. , 2022, 71(10): 104205. doi: 10.7498/aps.71.20212356
[3]	徐平, 肖钰斐, 黄海漩, 杨拓, 张旭琳, 袁霞, 李雄超, 王梦禹, 徐海东. 简单结构超表面实现波长和偏振态同时复用全息显示新方法. , 2021, 70(8): 084201. doi: 10.7498/aps.70.20201047
[4]	潘祚坚, 陈志忠, 焦飞, 詹景麟, 陈毅勇, 陈怡帆, 聂靖昕, 赵彤阳, 邓楚涵, 康香宁, 李顺峰, 王琦, 张国义, 沈波. 面向显示应用的微米发光二极管外延和芯片关键技术综述. , 2020, 69(19): 198501. doi: 10.7498/aps.69.20200742
[5]	焦蛟, 童继生, 马春光, 郭佶玙, 薄勇, 赵青. 电磁波在高密度等离子体微柱腔体结构中的新传输模式. , 2018, 67(1): 015202. doi: 10.7498/aps.67.20171728
[6]	朱畦, 袁协涛, 诸翊豪, 张晓华, 杨朝晖. 基于收缩高密度碳纳米管阵列的柔性固态超级电容器. , 2018, 67(2): 028201. doi: 10.7498/aps.67.20171855
[7]	张宝玲, 宋小勇, 侯氢, 汪俊. 高密度氦相变的分子动力学研究. , 2015, 64(1): 016202. doi: 10.7498/aps.64.016202
[8]	闫红丹, Peter Lemmens, Johannes Ahrens, Martin Bröring, Sven Burger, Winfried Daum, Gerhard Lilienkamp, Sandra Korte, Aidin Lak, Meinhard Schilling. 基于表面等离子体耦合的高密度金纳米线阵列. , 2012, 61(23): 237105. doi: 10.7498/aps.61.237105
[9]	刘勋, 周显明, 李俊, 李加波, 操秀霞. 一种高密度玻璃的多形性高压相变和物态方程研究. , 2010, 59(8): 5626-5634. doi: 10.7498/aps.59.5626
[10]	周蜀渝, 徐震, 屈求智, 周善钰, 刘亮, 王育竹. 高密度冷原子云辐射陷获效应造成的荧光减弱现象. , 2009, 58(3): 1590-1594. doi: 10.7498/aps.58.1590
[11]	王杰, 徐友龙, 陈曦, 杜显锋, 李喜飞. 电化学法制备高密度导电聚吡咯的性能研究. , 2007, 56(7): 4256-4261. doi: 10.7498/aps.56.4256
[12]	刘义东, 高春清, 高明伟, 李丰. 利用光束的轨道角动量实现高密度数据存储的机理研究. , 2007, 56(2): 854-858. doi: 10.7498/aps.56.854
[13]	马燕萍, 尚学府, 顾智企, 李振华, 王淼, 徐亚伯. 单壁碳纳米管在场发射显示器中的应用研究. , 2007, 56(11): 6701-6704. doi: 10.7498/aps.56.6701
[14]	沈全洪, 裴京, 徐端颐, 马建设, 齐国生, 李莉华. 蓝光高密度光盘驱动器中聚焦误差特性分析. , 2006, 55(8): 4132-4138. doi: 10.7498/aps.55.4132
[15]	林志贤, 郭太良, 胡利勤, 姚亮, 王晶晶, 杨春建, 张永爱, 郑可炉. 四角状氧化锌纳米材料的场致发射平板显示器. , 2006, 55(10): 5531-5534. doi: 10.7498/aps.55.5531
[16]	任志伟, 姚保利, 门克内木乐, 王英利, 郑媛, 雷铭, 陈国夫. 菌紫质高密度偏振全息光数据存储实验研究. , 2005, 54(6): 2699-2703. doi: 10.7498/aps.54.2699
[17]	马晓光, 孙卫国, 程延松. 高密度体系光电离截面新表达式的应用. , 2005, 54(3): 1149-1155. doi: 10.7498/aps.54.1149
[18]	李　鑫, 王晓伟, 李雪飞, 乔　峰, 梅嘉欣, 李　伟, 徐　骏, 黄信凡, 陈坤基. 绝缘衬底上高密度均匀纳米硅量子点的形成与表面形貌. , 2004, 53(12): 4293-4298. doi: 10.7498/aps.53.4293
[19]	时东霞, 宋延林, 张昊旭, 解思深, 庞世瑾, 高鸿钧. 有机单体3-phenyl-1-ureidonitrile薄膜的超高密度信息存储. , 2001, 50(2): 361-364. doi: 10.7498/aps.50.361
[20]	马立平, 杨文军, 薛增泉, 陈慧英, 庞世瑾. 有机复合薄膜中超高密度信息存储研究. , 1998, 47(7): 1229-1232. doi: 10.7498/aps.47.1229

计量

文章访问数: 6207
PDF下载量: 780
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板