基于透明导电氧化物的近红外表面等离子体材料及相关器件的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61575176
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0509.光学和光电子材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Conventional noble metals such as gold and silver have been shown to be excellent plasmonic materials in visible range. However, in near infrared wave-range, due to the shortcomings such as higher losses, smaller resonant wavelength tunable range and incompatible with silicon CMOS technology, the metals are found to encounter bottleneck for further applications, particularly in the vicinity of the optical communication wavelength. In this project, based on combination of the advantages of ultra-low optical loss of transparent conductive oxides (TCO) such as ITO, AZO in NIR and high density of free electrons of gold, silver, and TiN, we propose a route to design and fabricate the hybrid plasmonic materials which are composed of TCO, metals, or TiN. The hybrid films will either have the TCO/metal/TCO sandwich structure, or own the configuration of TCO/TiN co-sputtering. The research will focus on make clear how the components, interfacial properties, as well as crystallinity of each layer affect the overall electrical and optical properties of the hybrid films. The novel localized surface plasmon resonance enhanced 1.55μm light source can be obtained by placing germanium quantum dots in Purcell cavity which is made of the above mentioned hybrid materials. This project will provide theoretical basis and experimental data for the further applications of hybrid SP materials in resonance enhanced optoelectronic devices, novel photovoltaic devices, and metamaterials.
传统的贵金属材料如Au,Ag已经被证明了在可见光波长范围内具有非常优良的表面等离子体特性。然而,在近红外区域,金属材料由于损耗较高、共振波长可调谐范围小以及与硅CMOS工艺不兼容等缺点阻碍了其在该波长范围,尤其是在光通讯波长附近的光电应用。本项目分别利用透明导电氧化物(TCO,如ITO,AZO)的近红外区超低损耗和Au, Ag, TiN的高密度自由电子优势,提出一种基于TCO并结合了Au,Ag或TiN的复合型薄膜结构的设计与制备方法,如TCO/metal/TCO的三明治结构,TCO/TiN的共溅射薄膜体系。重点研究各层薄膜的组分、界面性能、结晶特性等因素对整体复合薄膜电学性能和光学性能的影响。将该复合SP材料与硅基锗量子点相结合,通过理论建模、软件仿真与器件制作,获得一种基于局域表面等离子体共振增强效应的Purcell腔结构,以达到高效近红外硅基光源的要求。

结项摘要

透明导电氧化物(TCO)由于在可见光波段同时表现出很高的电导率和透过率而在光电子领域得到广泛的应用,本项目针对透明导电氧化物在近红外波段所具有的优良表面等离子特性以及参数可调谐性,对TCO,TCO/金属/TCO,TCO/TiN/TCO等多种成分与结构的新型近红外表面等离激元材料进行了深入的研究,并设计和制备了基于局域表面等离子体共振效应的近红外光致发光增强器件和大光学非线性折射率材料。同时,我们将研究对象扩展到了柔性透明导电材料PEDOT:PSS和中红外表面等离激元材料n型锗。本项目研究内容包括多种薄膜材料制备、介电常数色散曲线获取、表面极化等离激元激发、局域表面等离子体共振器件的制备和器件性能表征等多方面。我们的研究发现,透明导电氧化物及其复合材料是近红外区域性能优越的表面等离子体材料,在等离子体频率可调谐、与CMOS工艺兼容以及光学损耗等方面都优于贵金属材料。TCO能够有效增强近红外光源,尤其是光通信波段的发光效率,有机材料在近红外也能够有效激发表面等离激元,是潜在的柔性表面等离子体材料。n型锗是中红外优秀的表面等离子体材料,所构成的微纳结构能够激发局域表面等离子体共振共振,有效提升探测与传感信号,对于分子探测、生物医学、环境监测等领域的应用有重要的意义。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
ITO-TiN-ITO Sandwiches for Near-Infrared Plasmonic Materials
用于近红外等离子体材料的 ITO-TiN-ITO 三明治
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b01760
  • 发表时间:
    2018-05-02
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Chen, Chaonan;Wang, Zhewei;Ye, Hui
  • 通讯作者:
    Ye, Hui
Pulsed laser deposited indium tin oxides as alternatives to noble metals in the near-infrared region
脉冲激光沉积氧化铟锡作为近红外区域贵金属的替代品
  • DOI:
    10.1088/0953-8984/28/22/224009
  • 发表时间:
    2016-06-08
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Fang, Xu;Mak, C. L.;Ye, Hui
  • 通讯作者:
    Ye, Hui
Direct Observations of Surface Plasmon Polaritons in Highly Conductive Organic Thin Film
高导电有机薄膜中表面等离子体激元的直接观察
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b06360
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Applied Materials and Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Jianhan Yang;Hossam A. Almossalami;Zhewei Wang;Ke Wu;Chen Wang;Kuan Sun;Yang Michael Yang;Hui Ye
  • 通讯作者:
    Hui Ye
Tunable near-infrared epsilon-near-zero and plasmonic properties of Ag-ITO co-sputtered composite films.
Ag-ITO共溅射复合薄膜的可调近红外ε-近零和等离子体特性
  • DOI:
    10.1080/14686996.2018.1432230
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Science and technology of advanced materials
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Chen C;Wang Z;Wu K;Ye H
  • 通讯作者:
    Ye H
Study on epsilon crossover wavelength tuning of heavily doped germanium-on-silicon in mid-infrared range
重掺杂硅基锗中红外ε交叉波长调谐研究
  • DOI:
    10.1364/oe.27.033724
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Zhewei Wang;Haining Chong;Jianhan Yang;Hui Ye
  • 通讯作者:
    Hui Ye

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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