作者: 来源:哈尔滨工业大学 发布时间:2010-1-17 15:32:43
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纳米空腔研究将光捕获极限降至纳米量级

 
在业界享有盛名的光电杂志《光子学光谱》(Photonics Spectra)(年发行量六百万份以上)和美国最大的光学协会SPIE的新闻部,日前以专文专栏的方式对中国复旦大学表面物理实验室和美国杜克大学光学研究中心联合进行的一项重点研究成果进行了详细报道。这项受中国和美国自然科学基金资助的项目历时三年,是国际上首次在理论模拟和半导体制备的基础上,研究出一种新型可行的光驱动纳米器械和光电纳米操作平台,它在系统的稳定性和可控性方面有着其他系统无可替代的优势。以下是详细报道。
 
一个国际研究小组正在向先进纳米光子学和纳米力学方向迈进,他们率先通过驾驭和诱导纳米空腔附近产生的近场效应来架起两个领域之间的桥梁。上海复旦大学和位于美国达勒姆市的杜克大学的博士生简宇川与他的同事们,哈尔滨工业大学深圳研究生院的肖君军博士和复旦大学的黄吉平教授,已经设计出了世界上第一台强大的运行在纳米量级的光操作系统。
 
在这个新设备里,强大的近场光强由被半导体光子晶体板所限制住的纳米微腔产生。这种强烈的局域化力场力量被证明可以用来操作、挑选和选择其附近的复杂介质纳米棒。
 
“这在国际上首次,我们提出了用一个强烈局域化的纳米腔使用作为一般的操作性光源,”简介绍说。“光子晶体结构下的这种光学微腔能够在高折射率的光学介质上施加一个相当的力场,这一点很像近场光学镊子。“
 
今天的光学镊子利用激光束本身的高梯度性质来捕获细胞。但是操作纳米级的物体要求更强的囚禁光强,这个常常超出了正常的衍射极限。
 
简和他的同事转向光子晶体结构,并构造了纳米腔;这是理想的下一代近场光学镊子,因为它们体积小巧而且制造工艺成熟。简宇川称,这种设备可以很容易的操作细小的纳米结构,可以用来作为生物传感器以及细胞、DNA的提取,并且可以用在分子筛上面。
 
“我们的设备可用于未来纳米尺度的光电集成通路,”他强调,“我们的具体目的是要阐明一种全光耦合系统的运作机制,它的威力主要体现在可以用来实现集成光学机械系统。我们同时也想说明的是,该设备可以应用在目前的半导体纳米器件制造工艺上面。“
 
在新出版的国际《物理化学杂志C》(Journal of Physical Chemistry C)上,文章介绍其将一只半导体介质的纳米棒放在高品质因子的光子晶体空腔上。在空腔附近,光偶极子的力场与纳米介质发生交互作用;与此同时,纳米介质也会在光子晶体空腔中产生微小扰动,从而联合影响该系统的行为和稳定。“施加纳米棒上的光学力是否将其推或拉至平衡位置,这要归功于不断演变的吸引或者排斥的相互作用,”简表示,“更重要的是,这种光学动力和光源是通过腔中的自发辐射激光产生的,因此输出和输入均为可调。”
 
复旦大学和杜克大学的联合研究组认识到仍有许多具体工作要做,以弥合在目前的基础研究和未来的工业应用之间的差距。他们的下一步计划是考查一系列光子晶体材料阵列,看是否可以用于并行和大规模的纳米器械操纵。另一个计划则是探讨更宽频谱带上的运行是否可能。 
 
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