Designer Photonic Lattices and Multilayer Structures that support Bound Optical Modes and Electrically-driven Excitation
支持束缚光模式和电驱动激励的设计光子晶格和多层结构
基本信息
- 批准号:2207215
- 负责人:
- 金额:$ 59.9万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-08-01 至 2025-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Nontechnical descriptionMetal nanostructures can confine light into very small spaces near their surfaces and enable a diverse range of applications, from the color of stained glass in the Middle Ages to new classes of nanoscale-sized lasers. Understanding the optical properties of assemblies of metal nanoparticles is important to advance current light-based technologies. This project aims to design and fabricate new architectures based on multilayer nanoparticle arrays that can be optically excited and to realize nanoparticle-based devices that can be integrated with electrical circuits. The project will train a diverse research team of graduate and undergraduate students in optical device system design, fabrication, and characterization techniques in state-of-the-art facilities coupled with advanced theoretical modelling and science communication. The principal investigators actively recruit students from different backgrounds, which fosters inclusion, retention, and advancement of underrepresented and marginalized students. The research team hosts multiple educational outreach events on the Northwestern University campus to make light-based research accessible to younger students and to encourage them to consider careers in STEM-related fields.Technical descriptionMany-body phenomena such as superconductivity or light-induced ferromagnetism are a couple examples of the unique properties displayed by vertically stacked 2D materials that are absent in their monolayer form. Inspired by the exotic properties of 2D stacked electronic materials, this project aims to develop stacked and twisted plasmonic nanoparticle structures to explore: (1) how bound states in the continuum can enable macroscale, long-range light manipulation; (2) how stacked lattices couple out-of-plane and how their properties depend on relative twist angle; and (3) how electrical excitation of plasmonic lattices can be combined with 2D electronic materials to enable chip-based plasmonic systems. The design of sophisticated plasmonic lattice architectures is fundamental to understanding short- and long-range coupling of nanoparticle unit cells and can facilitate novel applications in functional photonic devices, such as mechanical manipulation and electrical pumping. The realization of electrical excitation of plasmons is of particular technological interest in order to bridge the gap between nanophotonic and microelectronic devices. Broader impacts of this project will build on knowledge gained for applications related to coherent emission, long-range energy transfer, and quantum coherence.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术描述金属纳米结构可以将光线限制在其表面附近很小的空间中,并实现各种应用,从中世纪的彩色玻璃颜色到新的纳米级激光器。了解金属纳米颗粒组件的光学特性对于推进当前的基于光的技术很重要。该项目旨在基于多层纳米颗粒阵列设计和制造新的体系结构,这些架构可以在光学上兴奋并实现基于纳米颗粒的设备,这些设备可以与电路集成在一起。该项目将培训一个由毕业生和本科生组成的多元化研究团队,以最先进的设施中的光学设备系统设计,制造和表征技术,再加上高级理论建模和科学交流。首席研究人员积极招募来自不同背景的学生,这促进了代表性不足和边缘化的学生的包容,保留和进步。研究小组在西北大学校园内举办了多个教育外展活动,以使年轻学生可以访问基于光的研究,并鼓励他们考虑与STEM相关的领域中的职业。技术描述模型的现象,例如超导性或光诱导的Ferromagnetism,是在垂直堆叠的2D材料中显示的独特属性的几个典型的典型,这些属性是诸如2D材料的形式。受2D堆叠电子材料的外在特性的启发,该项目旨在开发堆叠和扭曲的等离子纳米粒子结构来探索:(1)连续体中的绑定状态如何启用宏观,远程光操纵; (2)堆叠的晶格夫妇如何摆放外部以及它们的性质如何取决于相对扭曲角度; (3)如何将等离子晶格的电激发与2D电子材料结合起来,以实现基于芯片的等离子系统。复杂的等离子晶格体系结构的设计是理解纳米颗粒单元细胞短和长时间耦合的基础,并可以促进在功能光子设备(例如机械操作和电动泵送)中的新型应用。血浆电激发的实现是特别感兴趣的,以弥合纳米光子和微电子设备之间的差距。该项目的更广泛的影响将基于与连贯发射,远程能源转移和量子连贯性相关的应用所获得的知识。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的智力优点和更广泛的影响来通过评估来获得支持的。
项目成果
期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Lasing Action from Quasi‐Propagating Modes
准传播模式的激光作用
- DOI:10.1002/adma.202203999
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:29.4
- 作者:Tan, Max J. H.;Park, Jeong‐Eun;Freire‐Fernández, Francisco;Guan, Jun;Juarez, Xitlali G.;Odom, Teri W.
- 通讯作者:Odom, Teri W.
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