新型二维平面材料表面等离激元研究

近日，北大威廉希尔williamhill官网凝聚态所NanoSmart Plasmonics研究团队的方哲宇百人计划研究员在朱星教授的带领下分别和西班牙ICFO研究所的F. Koppens教授、CSIS研究所的F. J. García de Abajo 教授、美国RICE大学P.M.Ajayan，P. Nordlander，N.J.Halas教授合作将表面等离激元和石墨烯及其他新型二维平面材料相结合，研究并开拓了二维平面材料表面等离激元研究领域，相关论文连续发表在Nano Lett., ACS Nano, Adv. Mater.等国际期刊上。

1）将纳米光学天线制备在单层石墨烯的表面，成功实现了利用表面等离激元在衰减过程中产生的“热电子，hot electron”对单层石墨烯进行了n-type电掺杂；结合Koppens教授之前的利用量子点实现p-type电掺杂石墨烯的研究[Nat. Nanotec. 7, 363, 2012]，研究人员提出了光致石墨烯电学回路的设想。相关研究报告发表在《ACS 纳米》，[ACS Nano,2012, 6, 10222] ，文章在线发表后成为ACS Nano 2012年10月下载量最多的文章之一，这一成果被该期刊feature report：http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/nn305144w此工作是方哲宇研究员前期工作“表面等离激元纳米天线三明治光电探测器”[Nano Lett. 2012, 12, 3808]的延续。

2）课题组继而和García de Abajo 教授（CSIC）合作研究了石墨烯作为一种半金属其本身的表面等离激元共振现象。利用外加门电压的方法对石墨烯单层进行电掺杂，提高石墨烯单层的载流子浓度和费米能，最终在中红外波段探测研究了石墨烯纳米盘（直径50nm）及纳米环（100nm）的电偶极共振及杂化模式，如图2所示，相关论文近期在线发表在ACS Nano,2013, doi:10.1021/nn3055835

3）同时课题组长期和美国RICE大学Jun Lou，P.M.Ajayan，P. Nordlander，N.J.Halas等教授合作，近期在Adv. Mater.上合作发表有关利用氮化碳二维平面纳米薄膜在可见光范围内对电池析氢光催化的有效应用[Adv. Mater. 2013, doi: 10.1002/adma.201204453]。研究发现厚度仅为2nm的氮化碳薄膜具有2.65 eV的光带隙，在可见光的激发下可作为光催化剂提高析氢效率，如图3所示。

以上工作均得到威廉希尔williamhill官网凝聚态所以及介观物理国家重点实验室的支持。