多層膜結(jié)構(gòu)中界面態(tài)的理論研究.pdf

1、表面等離子激元(surface plasmon polaritons，簡稱SPPs)是一種沿材料表面?zhèn)鞑サ碾姶挪?，在垂直于界面方向是指?shù)衰減場。對于由正負(fù)介電常數(shù)材料組成的微結(jié)構(gòu)，只有同時(shí)滿足TM偏振光以及光錐以下，SPPs才能被激發(fā)?；赟PPs的微結(jié)構(gòu)可以用來制備光傳感器、波導(dǎo)、反射鏡和光濾波器等等。在可見光及更長的波長范圍，一些貴重金屬是典型的負(fù)介電常數(shù)的特異材料，由金屬薄膜與正介電常數(shù)的介質(zhì)構(gòu)成的光子晶體微結(jié)構(gòu)，如果其晶格常數(shù)可

2、以遠(yuǎn)小于波長，并在兩種不同材料的界面上激發(fā)SPPs，則局域共振機(jī)制起主導(dǎo)作用，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)透射或者增強(qiáng)吸收等。近年來，人們對利用表面等離子波和局域模式間的耦合共振的光子微結(jié)構(gòu)展開了廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)有很多重要的物理特性，這樣的微結(jié)構(gòu)將具有重要的潛在應(yīng)用。
　　石墨烯是近來發(fā)現(xiàn)的只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。石墨烯材料具有許多優(yōu)異的特性，如結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、導(dǎo)電性導(dǎo)熱性好、硬度高以及如果在石墨烯中加上周期勢場即可形成石墨烯超晶格結(jié)構(gòu)等。石墨烯

3、被預(yù)期可能成為硅的替代品，應(yīng)用在制造超微型晶體管以及生產(chǎn)未來的超級計(jì)算機(jī)等方面。用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會快數(shù)百倍，此外基于石墨烯的電子器件還可以用來做成濾波器、觸摸顯示屏和新型太陽能電池等，因此對石墨烯的光電子特性的研究被廣大學(xué)者重視。
　　論文的第二部分，我們主要在理論上研究了電磁波在一維金屬/介質(zhì)多層膜結(jié)構(gòu)中的傳輸特性。電磁波利用半圓柱棱鏡耦合激發(fā)。主要計(jì)算了TM偏振的電磁波在一維金屬/介質(zhì)多層模結(jié)構(gòu)中的光學(xué)

4、特性。不考慮金屬本身的損耗，證明在大角度入射條件下，可以在很大波長范圍內(nèi)得到接近100％的透射;通過調(diào)整角度，可以得到不同的波長范圍的近完美寬帶透射。并進(jìn)一步考慮金屬本身損耗的影響，發(fā)現(xiàn)仍然可以實(shí)現(xiàn)寬帶高透射。最后，通過研究共振頻率電磁波在微結(jié)構(gòu)中的場強(qiáng)分布，發(fā)現(xiàn)場強(qiáng)的極值接近金屬和介質(zhì)的交界面，因此，這種結(jié)構(gòu)中的電磁波可以被稱為耦合等離子體共振電磁波。這種微結(jié)構(gòu)將可以用來制備新型的電磁表面波光子器件。
　　論文的第三部分，我們在

5、理論上研究了電子在一類石墨烯超晶格異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的共振隧穿效應(yīng)，這類結(jié)構(gòu)是在兩個(gè)不同的石墨烯超晶格之間插入厚度可調(diào)的石墨烯層。通過改變插入層的厚度，在石墨烯超晶格異質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的超寬禁帶中出現(xiàn)一個(gè)完全透射峰，即隧穿模的透過率與插入層的厚度有關(guān)，并且隧穿模的頻率也會隨插入層厚度的改變發(fā)生偏移，但是隧穿頻率始終位于兩個(gè)不同超晶格禁帶的重疊區(qū)域。最后，通過研究隧穿模在異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的幾率分布，發(fā)現(xiàn)幾率密度的極值位于插入層與其中一超晶格的交界面附近，因此