Control of ultrafast plasmonic structures by a metal-insulator transition

通过金属-绝缘体转变控制超快等离子体结构

基本信息

  • 批准号:
    0801985
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-06-01 至 2011-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACT ECCS- 0801985R. Haglund, Vanderbilt UniversityObjective: The objective of this project is to show how plasmon dynamics in composite metal-vanadium dioxide (VO2) nanostructures can be modulated by the reversible semiconductor-to-metal transition (SMT) in VO2. Intellectual Merit: The SMT will be initiated by localized adiabatic heating using a scanning-probe tip, and by ultrafast laser excitation using standard prism coupling schemes. Plasmon dynamics will be tracked using femtosecond pump-probe spectroscopy, plasmon microscopy and a novel, dual apertureless scanning-probe tip scheme for detecting plasmon propagation. During the first year, we will measure the ultrafast localized surface-plasmon resonance (LSPR) response and surface plasmon-polariton (SPP) propagation on nanohole arrays comprising bi-layer films (Ag or Au on VO2) and on VO2-covered nanoparticle arrays (Ag or Au). In the sec-ond year, we will fabricate various VO2:metal composite nanostructures such as non-spheroidal nanoparticles, nanospirals and nanoholes surrounded by grooved diffractive structures. We will investigate the effects of local curvature, size and morphology, and of excitation by linearly and circularly polarized light, on LSPR and SPP dynamics. In the third year, we will fabricate SPP waveguides such as nanoparticle chains (Au-VO2-Au ? ellipsoidal chains and Au-Au ? chains capped with VO2) and nanowire or nanochannel geometries. These SPP-guiding structures are expected to exhibit interesting effects due to induced magnetization, polarization and dispersion that will be tracked via their signatures in the visible optical spectrum. These experiments will point the way to modulating SPP propagation in nanostructures that could serve as prototypes for a variety of plasmonic devices. Broader Impact: The technology will be a demonstration of an ultrafast broadband switch in the near-infrared communications spectral bands. The fundamental understanding of plasmon-photon coupling and plasmon dynamics is expected to result in industrial "spin-off" benefits. Ad-ditionally, the project will result in the dissemination of new knowledge through the training of junior scientists in an international, cross-institutional collaborative environment and a web-based graduate seminar course in nanoplasmonics that will be available to the scientific com-munity.
摘要ECCS-0801985 R。Haglund,范德比尔特大学目的:本项目的目的是显示复合金属-二氧化钒(VO 2)纳米结构中的等离子体动力学如何通过VO 2中的可逆电子-金属跃迁(SMT)进行调制。 智力优势:SMT将通过使用扫描探针尖端的局部绝热加热和使用标准棱镜耦合方案的超快激光激发来启动。 等离子体动力学将使用飞秒泵浦探测光谱,等离子体显微镜和一种新的,双孔径扫描探针尖端计划检测等离子体传播跟踪。在第一年,我们将测量超快局部表面等离子体共振(LSPR)响应和表面等离子体极化激元(SPP)的纳米孔阵列,包括双层膜(银或Au上的VO 2)和VO 2覆盖的纳米粒子阵列(银或Au)的传播。 在第二年,我们将制作各种VO 2:金属复合奈米结构,如非球状奈米粒子、奈米螺旋及奈米孔洞,并以沟槽式绕射结构包围。 我们将研究局部曲率,大小和形态,以及激发线偏振光和圆偏振光,对LSPR和SPP动力学的影响。 在第三年,我们将制作SPP波导,如纳米颗粒链(Au-VO 2-Au?椭球链和Au-Au?用VO 2封端的链)和纳米线或纳米通道几何形状。这些SPP引导结构预计将表现出有趣的效果,由于诱导磁化,极化和色散,将通过其签名在可见光谱中跟踪。 这些实验将指出在纳米结构中调制SPP传播的方法,纳米结构可以作为各种等离子体器件的原型。 更广泛的影响:该技术将是近红外通信光谱波段超快宽带开关的示范。 对等离子体-光子耦合和等离子体动力学的基本理解有望带来工业“附带”利益。此外,该项目还将通过在国际、跨机构合作环境中培训初级科学家和向科学界提供纳米等离子体学网络研究生研讨会课程来传播新知识。

项目成果

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