王成新教授团队在纳米光子学领域取得新进展

       由于一维纳米结构有异于体材料的电子-物质、光-物质作用特性，单个纳米线可作为纳米探针，实现高分辨率的传感、探测等功能。

       理论上，光能够以倏逝波的形式沿任意直径大小的纳米线进行传导，这是通过波导途径实现小尺寸光源的基本理论支撑。然而实际上，由于衍射极限、传输损耗以及光纤工艺等诸多因素限制，近场条件下通过传导所输出的光源尺寸很难到达真正意义上的纳米级。

       近日，王成新教授团队阐述了~53 nm的近场紫外光源实现方案。材料体系为通过化学气相沉积自组装生长的Ge掺杂ZnO梭形纳米线。得益于纳米线表面原子级的粗糙度以及缺陷浓度控制，光学传输损耗得到有效抑制。另外，Ge元素的引入提高了纳米线介质的折射率。利用阴极射线荧光成像，发现所有纳米线在~53 nm截面附近出光极大程度的增强；基于FDTD数值模拟发现，此结构不仅表现出增强的光束缚能力，并且在基模的特征传导截止区表现出比普通直锥更强的输出亮度。对单个对称梭形结构进行荧光成像，发现其具备光谱分解器的功能，这源于特征传导截止区的尺寸严格依赖于传导波长。

       该工作证明一维半导体纳米线不仅可以作为光波导，可同时实现电驱动发光，这将使探针系统不再依赖于外部光源。相关成果对纳米线功能与纳米尺度光源设计具有借鉴意义。该工作近期以“Nanoscopic Spotlight in a Spindle Semiconductor Nanowire”为题发表在ACS Nano，2019, 13, 772−779, 其中孙勇研究员为第一作者，王成新教授为通讯作者。此项研究得到国家自然科学基金委的大力资助。

      论文链接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/pdf/10.1021/acsnano.8b08147