MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
■001000017160192
■00520250211150930
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798382717036
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30990182
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a540
■1001  ▼aMurphey,  Corban  Graef  Edward.
■24510▼aSilicon  Nanowires  as  Templates  for  Hybrid  Plasmonics  and  Advanced  Photonics
■260    ▼a[Sl]▼bThe  University  of  North  Carolina  at  Chapel  Hill▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a126  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-11,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Cahoon,  James  F.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  University  of  North  Carolina  at  Chapel  Hill,  2024.
■520    ▼aConfining  light  into  a  small  space  is  a  key  aim  in  many  areas  of  photonics  research.  If  you  try  to  do  this  with  traditional  optics,  you  quickly  run  into  a  fundamental  limit:  the  Abbe  diffraction  limit.  This  dictates  that  a  beam  of  light  with  wavelength  λ  can  only  be  confined  to  a  size  of  approximately  λ/2.  When  working  with  visible  or  even  ultraviolet  light,  this  means  it  is  very  challenging  to  focus  that  beam  into  a  space  less  than  ~100  nm  in  size,  and  with  modern  technological  components  getting  smaller  and  smaller  each  year,  other  means  are  necessary  to  confine  light  into  small  spaces.  Two  phenomena  in  particular  have  emerged  as  strategies  for  squeezing  light  down  to  the  nanoscale:  plasmon  resonances  and  optical  bound  states  in  the  continuum  (BICs).Plasmon  resonances,  which  are  the  result  of  collective  oscillations  of  surface  electrons  at  a  metal-dielectric  interface,  are  able  to  confine  incident  light  to  a  deep-subwavelength,  or  less  than  λ/10,  scale.  However,  since  plasmonic  nanomaterials  often  consist  solely  of  metals,  the  rapid  electron  motion  in  the  particle  can  result  in  large  Ohmic  losses,  which  results  in  sometimes  undesirable  heating  effects,  large  spectral  linewidths,  and  short  surface  plasmon  polariton  propagation  lengths.  In  comparison,  dielectric  materials  like  Si  have  much  lower  losses  and  can  sustain  narrow  linewidths  and  long  propagation  distances,  but  because  of  their  low  free  carrier  concentration,  they  are  not  generally  able  to  confine  light  on  the  same  sub-wavelength  scale  as  metallic  plasmonic  materials.  If  these  two  classes  of  materials  were  combined  into  a  single  nanostructure,  such  that  the  electric  field  generated  by  the  plasmon  resonance  were  confined  into  a  dielectric  core,  it  would  be  possible  to  achieve  simultaneous  sub-wavelength  confinement  and  low  loss.  We  were  able  to  synthesize  such  a  structure-an  epitaxial  Si  nanowire  (NW)  core  coated  with  a  shell  of  Au-  via  a  combination  of  vapor-liquid-solid  (VLS)  NW  growth  and  metal  sputtering.  Examining  these  hybrid  NWs  using  both  optical  simulations  and  experimental  extinction  measurements,  we  found  that  they  support  Mie  resonances  with  quality  factors  (Q-factors)  enhanced  up  to  ~30  times  compared  to  pure  dielectric  structures  and  plasmon  resonances  with  optical  confinement  enhanced  up  to  ~5  times  compared  to  pure  metallic  structures.  We  also  show  that  the  spectral  response  of  the  Mie  and  plasmon  resonances  can  be  reproduced  with  temporal  coupled  mode  theory  (TCMT)  and  the  Fano  lineshapes  can  be  attributed  to  the  combination  of  the  high  Q-factor  resonances,  Mie-plasmon  coupling,  and  phase  delay  of  the  background  optical  field.  Our  work  demonstrates  a  bottom-up  method  for  synthesizing  free-standing,  cylindrically  symmetric,  core-shell  nanowires  that  efficiently  trap  light  on  a  deep  sub-wavelength  scale,  which  has  implications  for  many  applications  in  photonics  and  optoelectronics.As  alluded  to  above,  Si  NWs  have  attracted  significant  attention  recently  due  to  their  photonic  properties,  such  as  their  ability  to  support  axially  guided  optical  modes.  By  periodically  modulating  dopant  gas  flow  during  VLS  growth  and  then  wet-chemical  etching  the  as-grown  NWs,  we  can  create  semi-infinite  geometric  superlattices,  or  GSLs.  Under  specific  geometric  parameters,  Si  NW  GSLs  can  support  BICs  of  different  orders,  which  have  theoretically  infinite  lifetimes  and  Q-factors,  and  are  perfectly  isolated  from  surrounding  radiation.  If  one  purposefully  detunes  those  idealized  geometric  parameters,  a  quasi-BIC  (qBIC)  is  formed. qBICs  retain  the  high  Q-factor  and  lifetimes  of  true  BICs,  but  are  able  to  couple  with  external  radiation  and  manifest  as  absorption  and  scattering  features.  This  allows  for  the  identification  of  trends  in  different  qBICs  and  their  behavior  with  respect  to  other  Si  NW  resonances,  such  as  Mie  resonances  or  other  qBICs  and  BICs.  We  simulated  and  synthesized  a  suite  of  NW  GSL  geometries  that  support  several  qBICs  in  the  visible  through  NIR  spectral  regions.  Through  analysis  of  the  simulated  electric  and  magnetic  field  profiles,  we  have  also  developed  a  labeling  scheme  to  identify  and  track  different  modes  across  different  parameters.  We  then  experimentally  detected  these  qBICs  with  two,  home-built,  single-nanowire  spectroscopy  apparatuses:  one  measuring  extinction  and  the  other  measuring  photothermal  absorption.  Our  work  demonstrates  the  ability  to  precisely  control  the  presence,  position,  and  properties  of  qBICs  in  Si  NW  GSLs,  with  the  potential  to  enhance  the  ability  of  photovoltaic  Si  NWs  to  harvest  the  solar  spectrum.   
■590    ▼aSchool  code:  0153.
■650  4▼aChemistry
■650  4▼aNanoscience
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aPhysical  chemistry
■650  4▼aAnalytical  chemistry
■653    ▼aChemical  vapor  deposition
■653    ▼aNanophotonics
■653    ▼aNanowires
■653    ▼aPlasmonics
■653    ▼aSpectroscopy
■690    ▼a0485
■690    ▼a0794
■690    ▼a0565
■690    ▼a0486
■690    ▼a0494
■71020▼aThe  University  of  North  Carolina  at  Chapel  Hill▼bChemistry.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-11B.
■790    ▼a0153
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17160192▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서