QMHP: Tunable Plasmon Nanooptics with Carbon Nanotubes

QMHP:碳纳米管可调谐等离子纳米光学器件

基本信息

  • 批准号:
    1306871
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.19万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2018-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

RESEARCH OBJECTIVES AND APPROACHESThe objective of this research is to explore how one can use low-energy collective plasmon excitations of individual nanotubes to tailor the optical properties of periodically aligned, densely packed, parallel arrays of carbon nanotubes. The rigorous quantum electrodynamics approach, developed earlier by the PI for individual nanotubes, will be used. The approach starts with single-tube band-structure calculations and allows one to go beyond the ideally-conducting-cylinder and effective-medium restrictive approximations employed previously by others.INTELLECTUAL MERITMixing surface states with bulk-periodic dielectric properties brings dense, periodically aligned carbon nanotube arrays into the highly demanded broad-band spectral range of microwave to visible, which can be tuned by adjusting inter-tube separation, tube diameter and chirality, and by varying dielectric host material. Clear understanding of the properties of low-energy collective electronic excitations in periodically aligned carbon nanotube arrays and how individual constituent nanotubes communicate with one another and what it does to the collective properties of the array, is a natural prerequisite for the realization of a variety of practical applications ranging from the enhanced electromagnetic absorption, conversion and rectification of ambient electromagnetic fields to nano-biosensorics and advanced plasmonic metamaterials development.BROADER IMPACTThis research will result in novel optoelectronic device concepts for advanced electromagnetic meta-materials engineering for use in future energy related applications. Increased exposure of under-represented minority students from NCCU, nation's first state-supported public liberal arts college for African Americans, to this exciting cutting-edge nanotechnology research will lead to increased minority participation in graduate studies in scientific disciplines and in scientific careers in general.
研究目标和方法这项研究的目标是探索如何利用单个纳米管的低能量集体等离子体激发来定制周期性排列、密集、平行的碳纳米管阵列的光学特性。将使用 PI 早期针对单个纳米管开发的严格量子电动力学方法。该方法从单管能带结构计算开始,允许超越其他人之前使用的理想导电圆柱和有效介质限制近似。 智力优点将表面态与体周期性介电特性混合,产生致密、周期性排列的碳纳米管阵列进入高度要求的微波到可见光的宽带光谱范围,可以通过调整管间间距、管直径和手性以及改变介电主体材料来调节。清楚地了解周期性排列的碳纳米管阵列中低能集体电子激发的特性,以及单个组成的纳米管如何相互通信以及它对阵列的集体特性的影响,是实现各种碳纳米管的自然先决条件。实际应用范围从增强电磁吸收、环境电磁场的转换和整流到纳米生物传感和先进等离子体超材料的开发。更广泛的影响这项研究将为先进电磁超材料工程带来新颖的光电器件概念,用于未来能源相关应用。国立政治大学是美国第一所国家支持的非裔美国人公立文理学院,增加了少数族裔学生对这项令人兴奋的尖端纳米技术研究的接触,这将导致少数族裔更多地参与科学学科的研究生学习和整个科学职业生涯。

项目成果

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