蒋行 周玉荣 刘丰珍 周玉琴

(中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京 100049)(2018年3月13日收到;2018年6月2日收到修改稿)

1 引 言

近年来,表面等离激元(surface plasmons,SP)的研究已成为国际上迅猛发展的热点研究领域之一.金和银是目前研究得最多的两种SP材料,已获得很多重要的应用成果.然而,由于金属的载流子浓度不受外电场、光照和温度的影响,其器件的SP共振特性难以通过外场来调控,限制了器件的更广泛应用,促使人们开始探索新的替代材料.人们先后研究了金属合金[1]、金属氮化物[2]和高掺杂的半导体材料等[3].在这些探索研究中发现,高掺杂的半导体材料有可能成为金和银的替代者.其中,通过对铟锡氧化物(ITO)的研究,发现它是一种潜在的非金属SP材料.已发表的相关结果包括:Rhodes等[4,5]利用棱镜耦合的方式观测到了ITO薄膜的SP共振现象;Franzen等[6]利用kretschmann结构研究了ITO薄膜和ITO/Au杂化薄膜的表面等离极化激元(surface plasmon polaritons,SPP)效应;Losego等[7]也通过kretschmann结构研究了ITO薄膜的沉积条件和后退火对SP共振特性的影响.上述研究表明,棱镜耦合在研究材料的SP共振特性时具有很大的优势.而在ITO纳米晶方面,Kanehara等[8]报道了合成ITO纳米颗粒的化学方法和这些颗粒的局域表面等离(localized surface plasmons,LSP)共振特性,并通过改变In/Sn摩尔比来调节其共振峰;Garcia等[9]通过完全可逆的电化学掺杂实现了对ITO纳米晶LSP共振特性的动态调节;Lounis等[10]则研究了径向掺杂分布对纳米晶的SP共振特性的影响.此外,Matsui等[11]通过掺杂实现了载流子浓度在1019—1021cm−3范围内的变化,并以此……