纳米光子学材料与器件的研究进展
Applied Physics 应用物理, 2011, 1, 9-19doi:10.4236/app.2011.11002 Published Online April 2011 (/journal/app/)Copyright © 2011 Hanspub APP9Research Progress in NanophotonicsMaterials and DevicesJunxi Zhang *, Lide ZhangInstitute of Solid State Physics, Key Laboratory of Materials Physics, Chinese Academy of Sciences,Anhui Key Laboratory of Nanomaterials and Nanotechnology, HefeiEmail: jxzhang@Received: Mar. 23th, 2011; revised: Apr. 6th, 2011; accepted: Apr. 7th, 2011.Abstract: The investigation field of nanophotonics is presented, this article provides a comprehensive review of research activities in nanophotonics materials and devices, and furthermore, the research progress of the materials and devices based on quantum confinement effect, light emission, surface plasmon polaritons (SPPs), and periodical structures is demonstrated significantly.Keywords: Nanophotonics; Nanophotonics Materials; Nanophotonics Devices; Quantum Confinement;Light Emission; Surface Plasmon Polaritons; Photonic Crystal; Nanowire Grid Polarizers纳米光子学材料与器件的研究进展张俊喜*，张立德中国科学院固体物理研究所，中国科学院材料物理重点实验室，安徽省纳米材料与技术重点实验室，合肥Email: jxzhang@收稿日期：2011年3月23日；修回日期：2011年4月6日；录用日期：2011年4月7日摘 要：介绍了纳米光子学的研究范畴，综述了纳米光子学材料和器件的研究动态和热点，着重阐述了基于量子限域效应、光发射、表面等离子体激元和周期性结构纳米光子学材料和器件的研究进展。
关键词：纳米光子学；纳米光子学材料；纳米光子器件；量子限域；光发射；表面等离子体激元；光子晶体；纳米线栅偏振器1. 引言随着人类对信息永无止尽地追求，信息的传输和处理速度越来越快、数据存储密度越来越大已成为必然趋势。
预计到2015年光纤传输系统的数据速率高达10 Tb/s ，这就要求光子器件的尺度进一步减小并最终突破光的衍射极限而达到亚波长甚至纳米尺度。
既然传统的光子器件对光的操纵受到光的半波长衍射极限的限制，因此探索光与物质在纳米尺度上相互作用的新原理、制备纳米光子学材料、构筑纳米光子器件以及发明纳米光子学制造技术将面临着新的挑战和机遇。
纳米光子学是研究在纳米尺度上光与物质相互作用的科学与技术，在纳米尺度上实现对光子的操纵和光学器件的构筑是纳米光子学的研究目标。
纳米光子学不仅为研究在小于光波长的尺度上光与物质的相互作用过程提供富有挑战性的机遇，而且为纳米光子学材料在光子器件、纳米医学、纳米生物学等方面的应用创造了新的空间，同时为在更小尺度上的光学制造技术开辟了一条新的途径。
人们对这种科学探索和技术发明的不断追求就是在逐步实现Richard P. Feynman 的预言：“在下面尺度有大量的空间。
”[1]作为一个新的前沿领域，纳米光子学已经引起了世界张俊喜等 | 纳米光子学材料与器件的研究进展 Copyright © 2011 Hanspub APP10Table 1. Category and content of nanophotonics表1. 纳米光子学内容分类范围内的广泛关注和极大兴趣。
纳米光子学主要分为以下三个部分[2,3](表1)。
一是在纳米尺度上限制物质。
在纳米尺度上构筑物质结构为控制材料的光学和电学性能提供了强有力的工具，已成为材料科学研究的前沿领域。
通过选择不同类型的材料和控制材料的局域结构(如形貌和尺寸等)可以实现对光学性能的调控，不仅体现在线性光学而且在非线性光学中出现很多新奇的现象。
例如，可以控制光学共振和局域场相互作用，通过控制局域声子态密度来操纵激发动力学以及通过控制结构之间的相互作用影响能量转换等。
二是在纳米尺度上限制波的辐射。
传统光学研究的是光在远场空间的行为，由于光的衍射限制，所获得的光学信息是在宏观区域内的平均响应。
近场扫描光谱(NSOM)和光子扫描隧道谱(PSTM)突破了光的衍射限制因而使得在纳米尺度上探测局域光场和研究近场区域光与物质相互作用成为可能。
而且近场光学技术提供的高精度和高分辨将会在纳米光子学加工和制造中扮演重要角色，例如将锥形光纤探针涂上金属，光可以从远小于入射光波长的光纤探针尖端上发射而实现隧穿。
三是在纳米尺度上的光学加工。
驱动未来工业应用需求的一系列光学加工技术越来越受到关注，包括集成电子线路，集成光电子耦合，表面处理，数据存储等。
这些应用必然要求大幅度提高光学处理技术的精度和分辨率。
传统光学加工器件的空间分辨依赖于光源的光斑尺寸而受到衍射极限的限制，而在纳米尺度上的光学加工不受这些限制而可以实现高精度和高分辨，同时可以为设计纳米光子结构和功能单元以及纳米结构器件提供一条行之有效的途径。
2. 基于量子限域效应的纳米光子学材料由于半导体量子点的尺寸小于其激子波尔半径，所激发的电子与空穴的库仑相互作用很弱并形成各自能级，这使得半导体量子点有类似于原子分立能级的特征，因此可以产生窄线宽的荧光发射(线宽可以小于K B T)和高的荧光发射效率，从而显示出很强的量子限域效应。
量子点的荧光可以通过单激发态[4-8]、双激发态[9,10]和多激发态[11,12]跃迁来实现。
既然尺寸分布不均匀会导致光发射谱加宽，要实现这种窄的荧光发射特性就需要制备尺寸分布均匀的高质量的量子点或单个量子点，目前的工作主要是围绕这方面展开的。
如所制备的高质量直接带Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点(CdSe [12-19], CdS [11], CdTe [20,21], C d S e /Z n S e [22], Cd S e /Zn S [23]等)和Ⅲ-Ⅴ族(如InAs [4-6,24-27], InP [28,29], InAs/GaAs [30-32], InGaAs [33-35], InGaN [36], 和AlGaAs-GaAs [37]等)显示很高的荧光效率而可以作为很好的发光材料。
另一方面，研究Si张俊喜等 | 纳米光子学材料与器件的研究进展Copyright © 2011 Hanspub APP11纳米结构的荧光性能主要集中在多孔硅[38,39]和硅纳米晶[40-42]上，而这些Si 纳米结构的荧光发射带很宽。
Sychugov 等通过单个量子点荧光谱研究了从低温到室温单个Si 纳米晶的发射线宽[43]。
结果显示单个Si 量子点在35 K 显示了窄的发光(线宽为2 meV)，至少可以达到直接带半导体量子点线宽，证实了强的量子限域效应。
与多孔硅和Si 纳米晶相比非晶硅(a-Si)本身的特点和a-Si 量子点的量子限域效将期望在短波段作为很好的发光材料。
Park 等报道了采用PECVD 的方法在SiN 薄膜上制备高质量的a-Si 量子点并在实验上首次证实了在零维a-Si 中的量子限域效应导致强的荧光发射[44]，而且通过控制量子点的尺寸可以调制Figure 1. Exciton absorption spectrum of orderedPbSe nanowire arrays图1. PbSe 纳米线有序阵列的激子吸收谱(a) (b)Figure 2. Excitation (a) and emission (b) spectra of an InP nano-wire (the solid and the dashed lines correspond to the polarization directions of the exciting laser aligned parallel and perpendicular to the nanowire axis, respectively, inset, the spectra of the polariza-tion ratio as a funcition of energy)图2. 单根InP 纳米线的激发谱(a)和发射谱(b)(实线和虚线分别为偏振方向平行和垂直于纳米线的谱图，插图是偏振度谱)光发射波长(带隙从2.0 eV 到2.76 eV)。
由于量子点光发射的光沿各个方向传播，因而需要大的立体角的探测元件，这对光的探测器件提出了很高要求，那么针对这一难题可以通过调控发射光的传播方向来解决。
最近Curto 等设计了一种可以单方向传播的量子点光发射元件[45]，是将单个量子点直接耦合到一种Yagi-Uda 纳米天线上，这种通过在纳米天线的近场耦合产生的表面等离子体共振增加了光发射效率，而且量子点发射光具有很好的偏振性能和窄的发散角，其光发射方向性能够通过纳米天线的尺度进行控制。
Bleuse 等报道了将单个InAs 量子点组装到GaAs 量子线中实现对光发射的控制[46]，这里量子线强烈地阻止自发光发射的连续辐射模式而产生一种有效的漏斗状的导光模式，即具有很好的方向性，这种复合结构有望作为一种单光子或纠缠光子对的高效量子光源。
和量子点类似，如果纳米线的直径小于激子波尔半径时也会产生量子限域效应。
Korgel 小组采用超流液相法制备了直径为4～5 nm 的Si 量子线并观察到由量子限域效应引起的可见波段的荧光发射[47]，并在紫外到可见波段发现了窄的分立的光学跃迁以及强的带边荧光发射，这些光学特性主要来源于量子限域效应的贡献。
《基于CsPbBr3纳米晶体超晶格双光子非线性光学特性的研究》范文
《基于CsPbBr3纳米晶体超晶格双光子非线性光学特性的研究》篇一一、引言随着纳米科技和光子学的发展，非线性光学材料在光通信、光电子器件、光子计算机等领域的应用日益广泛。
其中，基于卤化铅钙钛矿的纳米晶体因其独特的光学性质和电子结构，已成为当前研究的热点。
本文以CsPbBr3纳米晶体超晶格为研究对象，对其双光子非线性光学特性进行深入研究。
二、CsPbBr3纳米晶体及其超晶格结构CsPbBr3是一种典型的卤化铅钙钛矿材料，具有优异的发光性能和光电转换效率。
其纳米晶体具有尺寸小、比表面积大、光学性质可调等优点。
当CsPbBr3纳米晶体形成超晶格结构时，其光学性质将发生显著变化，表现出更强的非线性光学效应。
三、双光子非线性光学特性的研究方法本部分将详细介绍实验设计及双光子非线性光学特性的研究方法。
主要包括：样品制备、光谱测量、非线性光学系数的测定等步骤。
具体实验步骤和方法可结合实验实际进行详细阐述。
四、实验结果与讨论1. 光谱特性分析：通过对CsPbBr3纳米晶体超晶格的光谱特性进行分析，我们发现其具有较高的光吸收和光发射能力，以及良好的光稳定性。
2. 双光子吸收特性：通过测量双光子吸收光谱，发现CsPbBr3纳米晶体超晶格具有较高的双光子吸收系数和较低的激发能量阈值。
这表明其具有潜在的高效双光子应用潜力。
3. 非线性光学系数测定：通过Z扫描技术等非线性光学测量方法，测定CsPbBr3纳米晶体超晶格的非线性光学系数，如二阶非线性极化率等。
结果表明，其具有较高的非线性光学响应能力。
4. 影响因素分析：对影响双光子非线性光学特性的因素进行探讨，如纳米晶体的尺寸、形状、表面修饰等。
通过对比不同条件下的实验结果，揭示这些因素对双光子非线性光学特性的影响规律。
五、结果分析根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. CsPbBr3纳米晶体超晶格具有优异的光谱特性和双光子吸收特性，为非线性光学应用提供了良好的基础。
2. 通过优化纳米晶体的尺寸、形状和表面修饰等参数，可以进一步提高其双光子非线性光学性能。
光电子技术第8章 发展中的纳米光电子技术
量子阱、量子线、量子点是由两种不同带隙 的半导体组成的周期性纳米结构；由两种不同 折射率的电介质制成的周期性纳米结构：一维、 二维、三维光子晶体也表现出奇异的特性，在 8.4节专门介绍。
这对于发展新型光子器件、纳米尺度光子回路、 新型的光传感器和测量技术等前景诱人，已经在光 传感、光存储、太阳电池以及生物光子学、纳米集 成光子学等多方面有重要应用。
三、碳纳米管
碳纳米管是由石墨中一层或若干层碳原子卷曲而 成的”笼状”纤维，内部是空的。
分为单壁碳管和多壁碳管，直径为零点几纳米 至几十纳米，长度一般为几微米至几十微米。可 用电弧法、化学气相沉积等多种方法制造。
利用其导电性和化学特性，可做灵敏度极高而体 积极小的化学传感器，还可用于制造微电子元件。
碳纳米管场发射特性优异。其尖端电子逸出功 很低，利于电子的场发射，发射特性稳定。
在平面阴极上制成几十万个碳纳米管直立阵列， 在其对面安置有荧光粉的阳极面板，这就形成场致 发射显示器FED的基本结构。
对该器件通电，在电场作用下，碳纳米管发射 电子，轰击荧光屏而实现显示。
三、纳米光电探测器
1.谐振腔增强型RCE-PIN
PIN是一种应用广泛的光电探测器，噪声低， 频率响应高。不足之处是内量子效率不够高， 加之I层高电阻使输出电流小。
采用谐振腔增强（RCE）技术，可以显著提高内 量子效率。
在器件的顶 部和底部设计 DBR反射镜： 如Si/SiO2、 GaAS/AlGaA S，DBR反射 镜的两种材料 折射率不同。
SPP波沿界面传输，其传播波数决定于 金属和电介质的介电常数。倏逝波向 SPP波提供能量，当倏逝波沿界面的波 数与SPP波的波数相同时，则发生共振。 入射光被强烈吸收，形成吸收峰。
纳米光子学中的光与物质相互作用
纳米光子学中的光与物质相互作用近年来，随着科技的迅猛发展，纳米科学和纳米技术成为了研究热点。
而在纳米科学领域中，光与物质相互作用是一个十分重要的课题，引起了广泛关注。
本文将解析纳米光子学中光与物质相互作用的原理、应用以及前景。
一、光与物质相互作用的原理光与物质相互作用的基础是光的电磁本质。
光主要是由电磁波构成，通过电磁波的传播，在与物质相互作用时产生一系列现象和效应。
从微观的角度来看，当光与物质相互作用时，光的能量被传递给物质，产生了许多有趣的现象，如吸收、散射、透射和反射等。
在纳米尺度下，物质的结构和性质发生了显著变化，从而影响了光与物质的相互作用。
纳米材料的尺寸特征与光波的波长相当，导致了纳米材料对特定波长的光具有选择性吸收和散射的特性。
此外，纳米结构的表面电磁场增强效应、局域场效应和表面等离激元共振等也是纳米光子学中光与物质相互作用的重要因素。
二、光与物质相互作用的应用纳米光子学中光与物质相互作用具有广泛的应用价值。
一方面，纳米材料的光学性质使其成为开发高灵敏度光学传感器的理想候选材料。
通过调控纳米材料与特定波长的光相互作用，可以实现对微弱光信号的检测和分析，从而广泛应用于化学、生物、环境等领域。
另一方面，纳米光子学中的光与物质相互作用也为光电子器件和光信息处理提供了新的思路和方法。
通过纳米结构的设计和调控，可以实现光的定向传输、波长选择性过滤和光场操控等功能，极大地拓宽了光学器件的应用范围和性能。
此外，纳米光子学还有望在能源领域有所突破。
光催化是一种利用光能转化化学能的方式，而纳米光子学的相关研究为光催化反应提供了新的途径。
通过纳米材料与光的相互作用，可以改善光催化反应的效率和选择性，从而实现可持续能源转化。
三、光与物质相互作用的前景纳米光子学中光与物质相互作用的研究具有广阔的前景。
随着纳米技术和光学技术的发展，人们对光与物质相互作用机制的认识将不断深化，并且能够实现更精确的调控。
这将为纳米光子学应用的推广和发展提供坚实的基础。
微纳光学和纳米光学的研究及其应用前景
微纳光学和纳米光学的研究及其应用前景微纳光学和纳米光学是在微观和纳米尺度下研究光学现象和光学器件的领域。
随着现代科技的发展和人们对科技应用的需求，微纳光学和纳米光学领域的研究受到越来越多的关注，其研究和应用前景也十分广阔。
一、微纳光学和纳米光学的研究微纳光学和纳米光学的研究主要围绕着微观和纳米尺度下的光学现象和光学器件展开。
在微纳尺度下，材料的光学性质和大尺度下有很大不同，对于研究和制造新型光学器件具有重要的意义。
例如，微纳米尺度下的局域场增强效应成为了纳米光学研究中的重点领域之一。
这种局域场增强效应可以增强光与材料的相互作用，提高光的灵敏度和增强光的信号。
局域场增强效应在光学传感器、表面增强拉曼光谱等领域具有应用前景。
另外，微纳结构的优异光学性质使其在光电器件领域具有广泛的应用前景。
如利用微纳管道结构的吸波性能，可以在太阳电池中制造高效率的光伏元件；利用微纳孔洞结构的高透过率和较低反射率，可以制造高透过率的光学衬底。
二、微纳光学和纳米光学的应用前景微纳光学和纳米光学具有广泛的应用前景，已经在生物医学、能源、照明、信息技术等领域得到了广泛的应用。
以下针对其中几个领域进行简要介绍。
1、生物医学微纳米光学技术在生物医学领域的应用也越来越广泛。
例如，利用表面增强拉曼光谱（SERS）技术可以进行药物分子的结构分析，帮助药物的研制和配制。
还可以将SERS技术用于癌细胞检测，提高检测的准确率。
另外，光纤检测技术可用于神经生物学的研究。
2、能源微纳光学和纳米光学的应用也涉及到能源领域。
如利用纳米结构提高太阳能电池的效率，开发新型的太阳能电池；同时利用纳米结构组成的光子晶体来改善LED的效率和光衰；利用纳米材料可实现电解水产氢、电池优化等地能源转换应用。
3、照明新型照明技术在现代社会中得到了越来越广泛的应用，而微纳光学和纳米光学也有重要的地位。
研究人员可以采用纳米结构来调控光的波长和方向、提高光的亮度和均匀度，从而实现更加高效、节能的照明系统。
纳米材料的发展现状及展望
纳米材料的发展现状及展望摘要：本文介绍了纳米材料的现状及其发发展趋势，重点说明了纳米材料研究的特点、阶段、内容以及在实际应用方面所取得的成就，并对未来的发展趋势进行了预测。
关键词：纳米材料发展现状未来预测纳米材料是纳米级结构材料的简称。
狭义是指纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100nm。
广义是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1-100nm）限制的各种固体超细材料。
1994年以前，纳米结构材料仅仅包括纳米微粒及其形成的纳米块体、纳米薄膜，现在纳米结构材料的含义还包括纳米组装体系，该体系除了包括纳米微粒实体的组元，还包括支撑它们的具有纳米尺度的空间的基体，也就是说纳米材料包括：纳米微粒、纳米块体、纳米薄膜和纳米组装体系。
1纳米=10-9米，纳米是一种长度的量度单位，1nm的长度大约为4到5个原子排列起来的长度，或者说1nm相当于头发丝直径的十万分之一。
纳米材料的主要特点就是尺寸缩小、精度提高。
纳米材料的重要意义最主要体现就是在这样一个尺寸范围内，其所研究的物质对象将产生许多既不同于宏观物体也不同于单个原子、分子的奇异性质，或对原有性质有十分显著的改进和提高。
导致纳米材料产生奇异性能的主要限域应有：比表面效应、小尺寸效应、界面效应和宏观量子效应等，这些效应使纳米体系的光、电、热、磁等的物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性。
如光吸收显著增加，金属熔点降低，增强微波吸收等。
研究纳米材料已有多年历史了。
自物理学家诺贝尔奖金获得者理查德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告后，就开始了纳米尺度领域的研究。
费曼认为能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这小的机器又可制作更小机器，这样一步步达到分子线度，他的设想包括以下几点：①如何将大英百科全书的内容记录到一个大头针部那么小的地方。
②计算机微型化。
③重新排列原子。
纳米材料研究的内容包括两个方面:①系统地研究纳米材料的性能、微观结构和波谱特性。
光电材料与光电器件的研究进展
光电材料与光电器件的研究进展光电材料和光电器件是近年来备受关注的领域之一，有着广泛的应用前景和发展空间。
本文将介绍光电材料和光电器件的基本概念、研究进展以及未来发展趋势。
一、光电材料的基础知识光电材料是指在光的作用下会发生电子跃迁并导致电子输运的材料，光电效应是其基本物理现象。
光电材料具有光储能、光转换、电光效应、光电导等性质，由于这些特性，使得光电材料在信息处理、能源领域、太阳能电池等方面有着广泛的应用。
二、光电材料的研究进展光电材料的研究在材料科学、物理学、光学、电子学等方面都有涉及。
随着人们对可持续发展的需求日益增加，光电材料的应用越来越广泛。
以下是光电材料的一些研究进展：1. 有机太阳能电池有机太阳能电池是一种新型太阳能电池，其光电转换效率高、成本低、可制备性强等特点，已成为太阳能电池领域的热点研究方向。
有机太阳能电池的关键在于它的材料性能，有机材料合成和工艺对太阳能电池的性能具有至关重要的影响。
2. 光电触发材料光电触发材料是指在光的作用下电性能发生变化的材料，这种材料可用于电器自动化控制、传感器、体积微小的电子设备等领域。
近年来，光电触发材料研究不断深入，取得了一系列的进展。
3. 纳米光电材料纳米光电材料是指材料直径在1~100纳米的材料。
由于其表面积大，表面能高，它们的化学、物理、光学性质都与宏观材料有很大不同。
因此，纳米光电材料不仅有着独特的光电性能，而且还具有超导、催化、传感等许多应用潜力。
近年来，随着纳米技术的发展，纳米光电材料相关的研究也逐渐成为光电材料的热点研究领域。
三、光电器件的基础知识光电器件是指利用光电材料的物理和化学性质发出或接受光信号的电子器件。
与传统电子器件相比，光电器件具有更高的速度、更小的尺度、更低的功耗、更低的噪声等优势。
以下是一些常见的光电器件：1. 光电二极管光电二极管是最常见的光电器件，也是一种光电转换器。
它利用PN结的内置电场将光子能量转换为电子能量。
纳米材料的光学透明性研究
纳米材料的光学透明性研究近年来，随着纳米科技的快速发展，纳米材料的应用范围也越来越广泛。
其中，纳米材料的光学透明性研究引起了广泛关注。
本文将探讨纳米材料在光学透明性方面的研究进展，并探究其应用前景。
首先，我们需要了解纳米材料的光学透明性是如何研究的。
光学透明性是指材料在光的作用下能够使光线通过并保持光线的亮度和方向性。
而纳米材料的光学透明性研究主要集中在两个方面：一是纳米颗粒的光学透明性，二是纳米薄膜的光学透明性。
关于纳米颗粒的光学透明性研究，学者们通过调控纳米颗粒的尺寸、形状和组成来实现。
例如，在金属纳米颗粒中，当纳米颗粒的尺寸与入射光的波长相近时，会出现共振现象，使得纳米颗粒对光的吸收和散射增强。
而当纳米颗粒的尺寸远大于入射光的波长时，其光学透明性就会增强。
这种纳米颗粒的光学透明性现象在太阳能电池、纳米光子学等领域的应用中具有重要意义。
对于纳米薄膜的光学透明性研究，学者们通过纳米薄膜的制备方法来实现。
例如，通过溅射沉积、化学气相沉积等方法制备的纳米薄膜具有一定的折射率和厚度，从而实现了较高的光学透明性。
这种纳米薄膜的光学透明性在液晶显示器、光电传感器等光电子器件中具有重要应用。
另外，纳米材料的光学透明性研究还涉及到材料的光学性质。
例如，学者们发现透明导电薄膜材料是实现透明电子器件的关键。
这些材料具有较高的透明性和导电性，可以应用于显示器、触摸屏等设备中。
纳米材料在光学透明性方面的研究还有很多潜在应用，并取得了一系列重要进展。
例如，纳米结构的光子晶体具有优异的光学特性，可以应用于光学传感、激光器等领域。
另外，纳米光子学的发展为光学信息处理、光子芯片等提供了新的方向。
此外，纳米材料的光学透明性研究还有助于设计更高效的太阳能电池，提高能源利用效率。
纳米材料的光学透明性研究也为研发新型传感器和器件提供了新思路。
总结起来，纳米材料的光学透明性研究在科学研究和应用领域具有重要意义。
通过调控纳米材料的尺寸、形状和组成，学者们不断探索纳米材料的光学透明性特性。
纳米光子晶体和金属光子晶体的制备及其应用
纳米光子晶体和金属光子晶体的制备及其应用纳米光子晶体和金属光子晶体是一种新型的光子材料。
它由周期性的光学介质或金属结构组成，这些结构可以控制、操纵光的传输和反射。
本文将介绍纳米光子晶体和金属光子晶体的制备技术及其在光电子学、光催化、光电子器件等方面的应用。
一、纳米光子晶体的制备技术纳米光子晶体是一种尺寸在纳米级别的光子晶体，其制备技术主要包括自组装和模板法。
自组装技术是在合适的溶液条件下，由于分子之间特异的物理化学作用而形成的。
模板法则是通过一定的模板来控制某些物质的排列方式。
自组装技术中，最常用的是胶体自组装法。
该方法的主要原理是以一种珠子形状的“胶粒”为单位，在合适的浓度条件下，它们会为了最小表面自由能而聚集起来，最终形成一个光子晶体，具有周期性的结构。
该方法还可以通过改变胶粒的大小、形状、表面的化学性质等来控制光子晶体的反射和吸收性能。
模板法中，最常用的是压印法和模板剥离法。
压印法是利用微纳加工技术在介电材料上形成周期性的凹陷图案，然后利用薄膜沉积技术来制备周期性的光子晶体。
而模板剥离法则是制备一个与所需光子晶体结构相同的模板，然后通过沉积薄膜并剥离模板来制备光子晶体。
这些方法都可以得到高质量、可控制的纳米光子晶体。
二、金属光子晶体的制备技术金属光子晶体是将光学介质与金属结合在一起制备而成的，其制备技术包括化学还原、电化学沉积和热蒸发等方法。
化学还原法是通过将化学还原剂加入到金属盐溶液中，还原金属离子制备光子晶体。
电化学沉积法是通过电化学反应在金属表面沉积一层光学介质来制备光子晶体。
热蒸发法则是通过控制蒸发速率和温度来制备金属光子晶体。
这些方法都可以得到高质量的金属光子晶体。
三、纳米光子晶体和金属光子晶体的应用纳米光子晶体和金属光子晶体的应用十分广泛，主要归结为以下几个方面：1. 光电子学：光子晶体可以用于构建新型的光电子材料和器件，如光滤波器、分光器、波导器等。
光子晶体波导在高速通讯中具有重要的作用。
纳米材料研究现状及应用前景要点
纳米材料研究现状及应用前景 摘要：文章总结
了纳米粉体材料、 纳米纤维材料、 纳米薄膜材料、 纳米块体材料、 纳米复合材料和纳米结构的制备方法， 综述了纳米材料的性能和目前主要应用领 域，并简单展望了纳米科技在未来的应用。 关键词： 纳米材料；纳米材料制备；纳米材料性能；应用 0 引言 自从 1984年德国科学家 Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳 米微粒以来， 纳米材料的制备、 性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。 纳 米材料的研究已从最初的单相金属发展到了合金、 化合物、 金属无机载体、 金属 有机载体和化合物无机载体、 化合物有机载体等复合材料以及纳米管、 纳米丝等 一维材料，制备方法及应用领域日新月异。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基 本单元构成的材料，包括纳米粉体 （ 零维纳米材料，又称纳米粉末、纳米微粒、 纳米颗粒、纳米粒子等 ） 、纳米纤维 （ 一维纳米材料 ） 、纳米薄膜 （ 二维纳米材 料 ） 、纳米块体 （ 三维纳米材料 ） 、纳米复合材料和纳米结构等。纳米粉体是一 种介于原子、 分子与宏观物体之间的、 处于中间物态的固体颗粒， 一般指粒度在 100nm以下的粉末材料。纳米粉体研究开发时间最长、技术最成熟，是制备其他 纳米材料的基础。纳米粉体可用于：高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体 材料、防辐射材料、 单晶硅和精密光学器件抛光材料、 微芯片导热基片与布线材 料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高 效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料、抗癌制剂 等。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料， 如纳米碳管， 可用于微 导线、微光纤 （ 未来量子计算机与光子计算机的重要元件 ） 材料、新型激光或发 光二极管材料等。纳米薄膜分为颗粒膜与致密膜。 颗粒薄膜是纳米颗粒粘在一起， 中间有极为细小的间隙的薄膜；致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。 可用于气体催化材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示器 材料、超导材料等。 纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到 的纳米晶粒材料， 主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。纳米复合材料 包括纳米微粒与纳米微粒复合 （ 0- 0 复合 ） 、纳米微粒与常规块体复合 （ 0- 3复 合）、纳米微粒与薄膜
物理所金属纳米线集成纳米光学芯片的原理研究取得新进展
博士 等通过 理论 和实 验 相结合 的研 究发 现 ：在 均匀
的介 质环境 中 。不 同模式 的金 属纳 米线 表 面等 离激 元 的相干叠 加 可 以产 生手 性 （ 旋 或右旋 ） 左 的表 面等
离激 元 ，使 光 场 能量 绕 着 纳米 线 螺 旋 地 向前 传 播 。
与 圆偏振光 的产生原 理类 似 ，手性 表 面等 离激 元也
ｆ０ ９， ａｏＬ ｔ９１ ） ４ ６ ２ ０ ）、基 于 纳米 线 ２ ０ ） Ｎ ｎ ｅ ．（２， １ ８ ｆ０ ９１ ｔ
等 方 面 进 行 了具 有 开创 意 义 的研 究 。值 得 一 提 的
是 ：秀 丽线虫 的优势 在 于其既 可 以从 生 物个体 水 平
进行 研究 。其 体 内的每个 细胞 又可单 独研 究 ，便 于 从 整体 、器官 、组织 、细胞多 层次对 纳 米材料 的体
学 基金 委 和 中国科学 院 的资助 。 来 源 ：国 家纳 米科 学 中心
研 究 室唐智 勇研究 组 合作 ，在 以秀丽 线虫 为模 型研
究纳 米材料 生 物效应 方面 取得重 要进 展 。研究 结果 发 表 在 美 国化 学 会 的 Ｎ ｎ ｅ ｅｓ 志 上 （０ １１ ： ａ ｏＬ ｔ ｒ杂 ｔ ２ １ ，ｌ
集 成纳 米光 学芯 片 的原理 开展 了一 系列 原创 性 的研
究 工作 ，包 括表 面等 离激元 在 纳米线 中的 角发射 规
还鲜 有报道 。该 研究 工作基 于 秀丽线 虫模 型 ，从 纳
米材 料毒 理学评 价方 法学 的建 立 、应 用 和机理 揭示
律 ［ ａｏＬ ｔ９１ ）４ ８ （０ ９１ Ｎ ｎ ｅｔ （２， ３ ３２ ０ ） ． ，纳米 线 等离 激元 与 单 分 子 和单 量 子 点 的相 互 作 用 Ｎ ｎ ｅ ．ｆ１２ ４ ａ ｏＬ ｔ９５， ０ ９ ｔ