纳腔量子等离激元及其应用

摘要

表面等离激元是一种由电磁波与固体中的自由电子集体振荡耦合形成的元激发,可以将光场束缚在金属与电介质界面亚波长尺度范围内,导致电磁场强度极大增强,这是等离激元光子学领域诸多物理效应和器件应用的基础.由两个或以上紧邻的金属纳米结构构成的纳米间隙是最典型的等离激元纳腔,具有最优异的光场束缚能力,可以将光场压缩到纳米尺度甚至是原子尺度.这种结构在亚纳米级的空间尺度上,隧穿、空间非局域等量子效应极其显著,导致纳腔等离激元具有许多新奇的量子特性,为新型光电器件的设计与制造提供了新的平台.尤其是最近10年来,纳腔量子等离激元在基础和应用方面都迎来了蓬勃的发展.本文首先简述了等离激元的量子化处理,回顾了亚纳米级间隙纳腔中的量子效应,重点介绍了近年在基于等离激元纳腔的量子隧穿发光、光与物质相互作用、量子光源以及精密传感等应用方向的进展,并展望了纳腔量子等离激元未来的应用方向和发展前景.