Principales trabajos y logros anteriores de Xu Hongxing
Los principales logros académicos incluyen: 1. Mejora del campo electromagnético y espectro mejorado en la superficie de estructuras de nanoespacios metálicos. El efecto de mejora del campo electromagnético es una de las características más básicas de los plasmones y la razón principal para la mejora de la superficie. -espectro mejorado. El candidato y sus colaboradores descubrieron el extremadamente fuerte efecto de mejora del campo electromagnético de la estructura de nanoespacios metálicos y estudiaron sistemáticamente su mecanismo de producción y sus características.
(a) Se descubrió que los nanoespacios entre nanopartículas metálicas pueden producir fuertes oscilaciones de plasmón, que tienen un enorme efecto de mejora del campo electromagnético, y son espectroscopía Raman mejorada en la superficie que produce sensibilidad de una sola molécula. Se estudiaron sistemáticamente en teoría el principio y las condiciones de generación de la espectroscopia Raman mejorada en la superficie de una sola molécula, y se explicó el mecanismo principal de la espectroscopia Raman mejorada en la superficie, es decir, el acoplamiento de excitación del plasmón puede hacer que la intensidad de la luz se mejore en casi un millón de veces, la nanoestructura metálica como nanoantena puede mejorar la emisión de dispersión Raman en un aumento similar de casi un millón de veces. Por lo tanto, la mejora Raman total de una sola molécula puede alcanzar más de 1011. nivel detectable. Este descubrimiento es la base para la espectroscopia mejorada de superficie de una sola molécula y otros efectos no lineales mejorados, así como el reciente desarrollo de fuerzas ópticas plasmónicas, interacciones mejoradas entre la luz y la materia, antenas nanoópticas y fotónica plasmónica cuántica. las direcciones de investigación han liderado el desarrollo de estos campos emergentes; una rama temática (Z2: Nanogaps plasmónicos) de la reunión de marzo de 2010 de la Sociedad Estadounidense de Física llevó a cabo una discusión especial sobre diversos contenidos de investigación desarrollados por ella. El artículo fue publicado en PRL 83 4357 (1999) y PRE 62 4318 (2000), y ha sido citado 1211 veces y 885 veces por revistas SCI respectivamente. Es un documento clásico en los campos de la espectroscopia Raman de superficie mejorada de una sola molécula. y fotónica de plasmones Entre ellos, el artículo de PRL es uno de los diez documentos más citados entre todos los PRL publicados en 1999, y el artículo de PRE es el más citado entre todos los PRE publicados en 2000.
(b) Se descubrió que la dirección de polarización de la dispersión Raman de una sola molécula en el espacio de las nanopartículas metálicas está modulada por la configuración de la nanoestructura metálica. La nanoestructura metálica, como una nanoantena, puede girar la. luz emitida por un único luminóforo cuántico Dirección de polarización, logrando así el ajuste de polarización de las fuentes de nanoluz. Un estudio sistemático de la relación entre la espectroscopia Raman mejorada en la superficie y las direcciones de polarización del láser de las estructuras de nanoespacios metálicos ha confirmado experimentalmente claramente que la mejora electromagnética producida por el acoplamiento de oscilación de plasmón de las nanoestructuras metálicas es la espectroscopia Raman mejorada en la superficie. Controversia de larga data sobre el mecanismo de mejora (mejora electromagnética y mejora química) de la espectroscopia Raman de superficie mejorada. El artículo fue publicado en Nano Letters 8, 2497 (2008), PNAS 105, 16448 (2008) y ACS Nano 3, 637 (2009), y fue citado por SCI 141 veces, 105 veces y 58 veces respectivamente.
(c) Utilizando los plasmones que se propagan en nanocables de plata y el enorme campo eléctrico mejorado generado por el acoplamiento de oscilación del plasmón entre nanocables y nanopartículas, hemos logrado esto a nivel de molécula única de excitación remota mejorada en superficie. La dispersión Raman proporciona nuevos métodos e ideas para la excitación y detección espectral a nanoescala. Los resultados de la investigación se publicaron en Nano Letters 9, 2049 (2009) y fueron citados 100 veces por SCI.
(d) Desarrolló con éxito de forma independiente un sistema de espectroscopia Raman mejorada con punta de alto vacío, que mejoró en gran medida la resolución espacial de la espectroscopia Raman mejorada en superficie, y observó la mejora Raman del modo activo infrarrojo de moléculas orgánicas pequeñas. También descubrió la reacción química de moléculas orgánicas inducida por electrones calientes producida por la deexcitación de plasmones superficiales, extendiendo la fotónica de plasmones al campo de las reacciones químicas. El artículo fue publicado en Scientific Reports 2, 647 (2012) y Phys. Rev. E 87, 020401(R) (2013), que fueron citados por SCI 45 y 20 veces respectivamente. Este instrumento experimental desempeña un papel importante en la espectroscopia Raman mejorada con punta, reacciones químicas catalizadas por plasmones y extracción in situ de señales de luz débil de alto vacío. El diseño del instrumento ha sido autorizado por la Oficina Estatal de Propiedad Intelectual para una patente de invención (Nº de patente: ZL 2010 1 0228026.3).
2. Características de propagación y dispositivos funcionales de los plasmones en guías de nanoondas metálicas y sus redes. Otra característica importante de los plasmones es la fuerte unión de la luz, que puede superar el límite de difracción de la luz. En la nanoescala, esta característica se puede utilizar para la miniaturización y la integración de alta densidad de dispositivos ópticos. En los últimos cinco años, el candidato y su grupo de investigación han llevado a cabo una investigación sistemática y en profundidad sobre las características de las guías de ondas de nanocables metálicos y han realizado una serie de trabajos originales, entre ellos: por primera vez, utilizar guías de ondas de plasmones de nanocables metálicos para construir todos los nanómetros. -Red óptica; realizó enrutadores nanoópticos basados en plasmones, puertas lógicas completas y semisumadores por primera vez, y verificó la escalabilidad de las funciones lógicas plasmónicas por primera vez. Estos trabajos fueron invitados a escribir informes especiales por SPIE Newsroom, la Sociedad Internacional de Ingeniería Óptica, y los candidatos fueron invitados a presentar más de 20 informes invitados en conferencias internacionales (incluidos tres informes principales).
(a) Características de propagación de plasmones en guías de ondas de nanocables metálicos unidimensionales Se estudiaron de forma exhaustiva y sistemática las características de excitación, propagación y emisión de plasmones en guías de ondas de nanocables de plata, y se revelaron sus principales mecanismos. incluyen: el descubrimiento de que los plasmones en propagación tienen características de emisión direccional al cambiar los parámetros estructurales y los métodos de excitación de las guías de ondas de nanocables, se logra la propagación quiral de los plasmones y el control de las características de polarización de la luz emitida; la distribución del campo y el modo de propagación de los excitones dependen en gran medida del entorno dieléctrico alrededor del nanocable. Al controlar el entorno dieléctrico, se puede controlar la propagación de los plasmones y los puntos cuánticos semiconductores. Los excitones pueden excitarse y transformarse entre sí; ; ha conseguido la resolución de plasmones superficiales generados por dos puntos cuánticos sobre nanocables metálicos. En los últimos cinco años, el candidato ha publicado 16 artículos relevantes de SCI como autor correspondiente, incluidos 1 PRL, 1 PNAS, 5 Nano Letters, etc., y ha sido citado 428 veces por SCI. Es un trabajo básico importante para el SCI. Investigación de chips nanoópticos.
(b) La red de guías de ondas de nanocables metálicos y sus dispositivos funcionales unitarios La tecnología de procesamiento de señales ópticas integradas en chips puede ser una nueva tecnología de la información con un gran potencial en el futuro. El candidato y su grupo de investigación fueron los primeros en el mundo en desarrollar una serie completa de dispositivos lógicos nanométricos, semisumadores y enrutadores totalmente ópticos, sentando así las bases para el desarrollo futuro de chips ópticos nanométricos. En la estructura de la red de nanocables, al controlar los parámetros estructurales, se controlan la polarización y la fase de la luz de entrada, el modo de los plasmones en la guía de ondas y sus características de interferencia, y se controlan la intensidad del campo cercano y la dirección de propagación de los plasmones, con lo que se controlan la intensidad del campo cercano y la dirección de propagación de los plasmones. controlando la intensidad de la luz extrema. En base a esto, se implementan enrutadores de fotones a nanoescala, divisores de señales ópticas de diferentes longitudes de onda y operaciones lógicas básicas (Y, O, NO, etc.). Además, la estructura de red de cuatro terminales se puede utilizar como medio sumador para implementar la operación de suma de dos números binarios. Los resultados relevantes se publicaron en Nano Letters 10, 1950 (2010) y Nano Letters 11, 471 (2011), que fueron citados por SCI 96 veces y 68 veces respectivamente.
(c) Integración de dispositivos funcionales de plasmones Utilizando el efecto de interferencia de los plasmones en la red de guías de nanoondas metálicas, la operación NOR se realiza a través de la cascada de puertas OR y NO de dispositivos unitarios. Utilizando imágenes de puntos cuánticos, se reveló que el mecanismo de funcionamiento del dispositivo es que la distribución del campo eléctrico del plasmón en el nodo de la red final sin control de puerta debe controlarse a un valor máximo, de modo que pueda ser seguido por la señal del plasmón desde la puerta OR. Una buena intervención, invirtiendo el resultado de la operación OR para implementar la operación NOR. Este trabajo confirma por primera vez la escalabilidad de la lógica plasmónica, proporcionando nuevas posibilidades para la futura tecnología de procesamiento de información óptica integrada en un chip. Los resultados de la investigación se publicaron en Nature Communications 2, 387 (2011) y fueron citados 72 veces por SCI.