兰胜教授研究团队在国际纳米权威期刊《Nano Letters》发表论文

近年来，由人造电“原子”和磁“原子”构建的人工超材料（metamaterials）和超表面（metasurfaces）因具有独特的操控电磁波的功能而受到广泛关注和深入研究。在可见光和近红外波段具有较大折射率的半导体纳米粒子，如硅（Si），锗（Ge）和砷化镓（GaAs）的纳米球或纳米柱，由于同时具有电偶极和磁偶极共振，集电、磁“原子”于一身，是构建全电介质超材料和超表面的基本单元。

迄今为止，飞秒激光烧蚀被认为是制备单晶纳米球的最简单、最快捷和最有效的方法。虽然国际上利用飞秒激光烧蚀制备Si纳米球已经比较成熟，但是制备单晶GaAs纳米球仍然是一个挑战，对单晶GaAs纳米球的热电子带内荧光和二次谐波等非线性光学性质的研究更是空白。

由我院兰胜教授领导的纳米光子学研究小组利用飞秒激光烧蚀和退火技术，成功制备具有单晶结构的GaAs纳米球，这种纳米球在可见光波段具有明显的电偶极和磁偶极共振。利用GaAs纳米球在磁偶极共振处内部产生的超强电场，他们成功地观察到GaAs纳米球在飞秒激光脉冲激发下辐射出的有效热电子带内荧光和增强的二次谐波（如图所示）。

与通常半导体材料在飞秒激光激发下产生的上转换带间荧光不同，这种荧光是由导带内高浓度的高温“电子气”产生的，类似于黑体辐射的一种荧光。之前这种荧光曾在单个金属表面等离子热点（hot spot）中被观察到。该研究成果表明，利用半导体纳米球中存在的磁偶极共振所提供的超强电场，在单个半导体纳米微腔中同样可以实现有效热电子带内荧光和谐波辐射。与半导体块体材料或量子点的发光不同，热电子带内荧光具有很宽的光谱，而且与半导体的带隙能量关系不大，有望成为一种新型的纳米尺度的白光光源。与Si这种间接带隙的半导体材料相比，GaAs具有直接带隙和相近的介电常数。因此，GaAs纳米球有望在构建新型超材料和有源纳米光子器件中获得广泛应用。

上述研究成果近期发表在国际纳米权威期刊Nano Letters上 [http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.7b01724,IF= 12.712]，它激发了现有材料体系的性能潜能并扩展了其应用多样性，具有重要的科学价值和产业化前景。

近两年，由兰胜教授领导的纳米光子学研究小组 [https://nano.scnu.edu.cn] 在新型二维材料（二硫化钼）的非线性光学性质 [Nanoscale 7, 13547 (2015), IF = 7.367]、纳米材料的高阶拉曼散射 [Nanoscale 8, 1572 (2016)] 以及纳米球-金属薄膜复合体系纳米光子器件 [Nanoscale 8, 18963 (2016)] 的研究中取得了一系列重大标志性成果。

这些丰硕成果的取得是我院积极加强双一流学科建设、推进高水平研究团队建设的重要体现。该团队的系列高水平研究成果陆续发表在国际权威期刊，为我校深入实施创新驱动发展战略，深化产学研合作及推动科技成果转化提供重要支撑，为我校高水平大学建设提供充足动力。

文/图通讯员：蔡龙湖

编辑：许浩鑫