1 郑州航空工业管理学院材料学院, 河南郑州, 450046
2 郑州大学物理学院(微电子学院), 河南郑州, 450001
光散射中的anapole态是纳米光子学领域的一种独特的光学现象, 可以用Mie理论以及多极展开理论进行分析。对于最常见的一阶电anapole态, 其可以看做是由笛卡尔坐标系下电偶极矩和环偶极矩的干涉相消产生, 具有典型的远场散射抑制和近场增强性能。本文首先对anapole态的基本概念和理论进行阐述, 其次对激发anapole态的微纳结构进行总结, 最后结合anapole态独特的光学特性, 对其在近场增强、非线性光学、激光等方面潜在的光子学应用和最新研究进展进行了讨论和展望。
anapole态 Mie理论 超材料 近场增强 光学非线性 纳米激光器 anapole state Mie theory metamaterial near-field enhancement optical nonlinearity nanolaser
郑州航空工业管理学院 材料学院, 郑州 450046
采用射频等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术, 以甲烷为碳源, 在金属铜箔上制备了三维垂直石墨烯。通过调节生长参数, 进行了七组对比实验, 利用扫描电子显微镜, 拉曼光谱对垂直石墨烯的形貌、质量以及层数进行了表征, 用二级结构的场发射仪器测试了垂直石墨烯的场发射特性, 研究了垂直石墨烯的场发射特性与其形貌、质量和密度的关系, 并获得了开启电场低至0.29V/μm的场发射特性。研究结果表明, 垂直石墨烯是一种良好的场发射材料, 未来在真空电子源中具有广阔的应用前景。
郑州航空工业管理学院材料学院, 郑州 450015
利用化学气相沉积(CVD)法, 以甲烷为碳源在管式炉中合成了单体石墨纤维(MGF)。选取长度为3.426 mm, 顶端球面半径为11.26 μm的单体石墨纤维直立于圆铜片上作为阴极, 以导电ITO玻璃作为阳极, 采用二极管结构在真空室中进行直流场发射测试, 证实MGF的开启场强为0.477 5 V/μm。基于有限元仿真软件ANSYS进行电磁场分析, 计算了MGF在不同电压下的有效发射面积。结果表明, 当电压为5.36 kV时, MGF达到最大发射面积为796.226 μm2, 在实验测量电压范围内, 平均发射电流密度可以达到46.069 A/cm2, 单体石墨纤维具有良好的场发射特性。
单体石墨纤维 场发射 有效发射面积 电流密度 场增强因子 monomer graphite fiber field emission effective emission area current density field enhancement factor
本文基于Mie散射理论,设计了三种(Au,Au-介质,介质-Au)球形纳米结构,并研究结构参数及周围环境对结构的光散射性质的影响。说明结构外半径的增加会使共振位置发生红移,线宽增加,并且偶极近似不再成立。经研究发现,在偶极近似下,Au-介质纳米核壳结构中核半径的增大使得散射峰增强,线宽也比金球颗粒的小。并且介质折射率的增加,会使散射峰进一步增强,并产生一定的红移。对于介质-Au纳米核壳结构,当Au层厚度较小的情况下,球模和腔模之间的强耦合作用使得共振峰位置发生较大的红移,散射峰也显著增强。并且随着介质核的折射率增加,会进一步使得模式发生红移。考虑到实际应用,最后通过在Au-介质纳米核壳结构的介质层引入增益,或者减小介质-Au纳米核壳结构半径,发现其均能在石英环境中实现可见光波段的窄带强散射。这些研究结果将对高性能透明显示屏的制备提供重要的理论依据。
Mie散射 纳米核壳结构 透明显示 Mie scattering Core-shell nanostructure Transparent display
1 郑州航空工业管理学院 理学院, 河南 郑州450046
2 国家知识产权局专利局 专利审查协作河南中心, 河南 郑州450043
3 北京工业大学 电控学院, 北京100124
使用一维ZnO纳米线和二维石墨烯复合结构集成到p-GaN表面来同时实现电流扩展和提高LED光提取效率。通过两组有无ZnO纳米线器件的对比, 发现ZnO纳米线使器件的光提取效率提高了30%. 通过分析两组器件的开启电压、工作电压和反向漏电流等关键参数, 验证了本结构应用于GaN LED不会恶化其电性能。本文所采用的复合结构用于GaN LED, 同时达到了良好欧姆接触、避免使用ITO和增强出光的效果。
氧化锌 氮化镓LED 石墨烯 透明导电层 ZnO GaN LED graphene transparent conductive layer
1 郑州航空工业管理学院数理系, 河南 郑州 450015
2 郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室, 河南 郑州 450052
太赫兹波和电磁超介质是电磁学领域关注的热点。太赫兹波与电磁超介质相互作用可以实现对太赫兹波的操纵和调控，有望填补“太赫兹空白”。介绍了太赫兹波段电磁超介质的研究进展，包括电磁超介质电磁性能可调谐的实施途径，电磁超介质在太赫兹功能器件方面的应用（调制器/开关、传感器/探测器、滤波器、偏振元件和吸波器），太赫兹波段表面等离子体电磁超介质，非金属太赫兹电磁超介质的实现以及太赫兹电磁超介质的制备。对电磁超介质可能形成的太赫兹器件及其物理机制进行了充分的阐述，并基于研究现状提出一些今后的研究方向和发展前景。
电磁超介质 太赫兹 太赫兹器件 表面等离子体 激光与光电子学进展
2011, 48(7): 071602
1 郑州航空工业管理学院数理系, 郑州 450015
2 郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室, 郑州 450052
3 东华大学应用物理系, 上海 201620
本文利用电磁场数值模拟方法研究了分布矩形孔阵列的“金属-电介质-金属”三明治渔网电磁超介质在其左手通带发生的超常透射现象和不同模式激发下的电场增强效应。结果证实左手通带紧邻的超常光学传输峰源于波导共振模式, 利用超常传输效应可以有效降低电磁超介质的损耗, 提高左手性能；波导共振模和左手通带对应的反对称磁模能够分别在孔洞和金属夹层区域激发超过11倍的增强电场, 因此渔网电磁超介质结构在表面增强光谱和传感等方面也具有潜在应用价值。
渔网电磁超介质 左手性能 超常光学传输 电场增强 fishnet metamaterial left-handed performance extraordinary optical transmission field enhancement
1 郑州大学物理工程学院教育部材料物理重点实验室, 郑州 450052
2 安阳广播电视大学, 安阳 455000
3 东华大学应用物理系, 上海 201620
本文研究了金属双柱metamaterial对太赫兹波负折射的液晶调控。结果表明, 当液晶的介电系数从2逐渐增大到4, 产生负折射的频率从0.648 THz逐渐变化到0.413 THz, 包含了0.650 THz和0.500 THz附近两个大气窗口; 通过改变液晶的介电常数, 可以在该频段内任一频点实现负折射、零折射或正折射。由于液晶的介电常数可以通过外加交流偏压或光场进行调控, 因此利用液晶可以实现对太赫兹波负折射频率和传播方向的调控。
异向介质 液晶调控 太赫兹 metamaterials liquid crystals ierahertz
郑州大学物理工程学院, 材料物理教育部重点实验室, 郑州 450052
运用群论理论对负膨胀系数材料Zn(CN)2和Cd(CN)2的晶格振动进行了对称性分类, 利用第一性原理密度泛函理论计算了它们布里渊区中心点的声子频率和Grüneisen参数, 根据计算得到的各个模式所对应的本征矢对各个振动模式进行了指认, 根据各模式Grüneisen参数讨论了负膨胀机理。在11个光学振动模式中, 一个属于Zn/Cd原子的晶格振动模, 位于223 cm-1/154 cm-1; 5个属于C≡N刚性单元平移振动模; 3个属于C≡N刚性单元天平动; 2个属于C≡N刚性单元内振动。有7个振动模为拉曼活性, 4个振动模为红外活性, 两个振动模红外和拉曼均为非活性。C≡N刚性单元的3个低频平移振动模和全部天平动模的Grüneisen参数为负, 对负热膨胀的产生有贡献, 振动频率为47 cm-1的平移振动模具有最大的负Grüneisen参数, 对负膨胀贡献最大。
负膨胀材料 声子模 拉曼活性 红外活性 第一性原理 Negative thermal expansion phonon mode Raman active IR active group theory first-principles
1 郑州大学物理工程学院,郑州,450052
2 郑州航空工业管理学院应用科学系,郑州,450005
3 河南大学特种功能材料实验室,开封,475001
本文研究了添加钴/二茂铁、镍/二茂铁、钴、镍/钴不同催化剂对高温热解法制备碳纳米管质量、产率等的影响.高分辨率透射电镜图象显示在800℃左右,镍/二茂铁、钴/二茂铁和钴催化条件下,有多壁碳纳米管生成,而用镍/钴作催化剂时,只有直径在0.5μm左右,长度十几个微米的非晶态棒状物生成.通过对生成碳纳米管的质量和产量进行比较,催化剂的催化活性满足二茂铁＞钴＞镍.简单分析了在碳源高温热解环境下不同金属催化剂的性能差异,并对不同催化条件下生成物的拉曼光谱进行了分析.
碳纳米管 高温热解 催化 生长机理 透射电镜 拉曼光谱 Carbon nanotubes Thermal decomposition Catalyst Gr
