近期,我院6名本科生(2016光电信息科学与工程专业俞童、刘慧敏、刘鉴辉,2016测控技术与仪器专业徐玉亭、王紫薇和2017光电信息科学与工程专业眭博闻)李孝峰教授课题组青年教师吴绍龙副教授和张程博士共同指导下,主持并完成了2018年校级大学生创新创业训练计划与第二十一批大学生课外学术科研基金,以一作在《Nanoscale》(SCI一区,影响因子6.97)和《Optics Express》(SCI二区,影响因子3.561)上发表两篇研究论文。此外,申请了两项发明专利(基于杂化型等离子共振增强的红外探测器,申请号:201811581248.6;一种基于塔姆等离子的平面近红外光电探测器,申请号:201910739592.1)、一项实用新型专利(一种基于塔姆等离子的平面近红外光电探测器,申请号:201921298301.1),授权一项实用新型专利(一种用于制作红外探测器的复合结构及红外探测器,专利号:ZL 201822171481.9)。

两篇研究论文的概述如下:

热电子光电探测器由于可以探测到能量低于半导体禁带的光子引起了科研人员的研究兴趣。但是,目前热电子光电探测器的光响应非常低,且用于激发表面等离子体的金属纳米结构对实际应用来说过于复杂。本工作通过激发塔姆等离子共振,由分布布拉格反射镜(DBR)及其上30 nm的金薄膜组成的平面器件可以吸收约93%的入射光,使得热电子产生率相对于没有引入DBR的参考器件提高了34倍。此外,电场随着光子传播到金属中的距离增加而增加,便于将热电子的产生集中在肖特基界面附近,提高器件性能。因此,该器件的光响应度可达到参考结构的30倍以上。此外,该平面器件的工作波长可以从可见光到近红外波段连续调谐,同时具备斜入射情况下的持续光响应和多波段光电探测等功能。本工作促进了热电子在高效、大面积和低成本的光电探测、生物传感和光催化等领域的应用。该工作以俞童为第一作者,张程和吴绍龙为通讯作者,发表在《Nanoscale》上,文章链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/NR/C9NR07549F#!divAbstract

 

1. 基于塔姆等离子的平面热电子光电探测器原理与性能。

  

目前,高灵敏度、高品质因子的化学/生物传感器在临床检测、化学物质探测、显微光谱等方面具有十分广阔的应用。本文提出了一种基于金/硅纳米沟道阵列所构筑的肖特基结传感器,其中,金层同时作为光吸收体、光滤波器和电极,硅层作为介质层和热电子传输层,仅基于金和硅两种材料的两层结构即可实现对入射光的窄带响应,且能对单波长光在不同背景物质下同时做出特征光谱峰和不同光电流的响应,结构与工作原理如图2所示。仿真证明,通过激发金层上表面处衍射耦合的等离子极化激元(SPP),器件表现出窄带的特征反射谷和吸收峰,同时该光学共振波长可通过调节纳米沟道的周期、宽度和入射光角度而在1100–2000 nm波段内实现调节。进一步研究发现,只有产生于金层上表面处衍射耦合的SPP才对入射背景物质的折射率表现出优异的灵敏度,而产生于金层下表面处的SPP几乎不具有敏感性。采用传统扫描光谱的技术探测背景物质折射率时,该器件的灵敏度可超过1000 nm/RIU;而采用内光致发射过程实现电读出的传感应用时,以三氯甲烷为例的电学响应可达14.5mA/(W·RIU)。该工作以眭博闻为第一作者,吴绍龙为通讯作者,发表在《OpticsExpress》上,文章链接:https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-27-26-38382 

  

2. 折射率传感器的结构示意图与工作原理图。

俞童是光电信息科学与工程专业2016级本科生,将于2020年7月毕业,目前已获得2020年推荐优秀应届本科毕业生免试攻读研究生资格。俞童同学专业成绩优秀,综合能力突出,本科期间,获得校学习优秀奖学金一等奖2次、校学习优秀奖学金二等奖1次、校综合奖2次、校专项奖2次、校创新创业奖学金特等奖1次、校优秀学生干部荣誉称号1次以及2019年全国大学生英语竞赛二等奖1次。

眭博闻是光电信息科学与工程专业2017级本科生,他于大二上学期加入学院本科生导师制,在吴绍龙和张程指导下开展光电探测与传感相关研究。2017-2018年,获得学习优秀奖二等奖;2018-2019年,获得三好学生、学习优秀奖一等奖、综合奖以及精神文明专项奖。

  

3. 俞童(左)、眭博闻(右)

  

本科生导师制是学院人才培养的重要抓手。学院自2018年11月启动本科生导师制以来,不断加强导师对学生学习、生活、科研各方面的指导,尤其是创新能力的培养,鼓励学生参与到各类学术科研项目、学科竞赛和创新创业赛事中,取得了一系列骄人的成绩。俞童、眭博闻6名同学正是在本科生导师制活动中,通过与导师的学习和交流,更加清晰了自己的专业发展之路,既增长了专业学识,又提高了科学研究能力。今后学院将进一步本科生导师制为载体,发挥好导师在人才培养中的主导作用和学生的主体作用,着力提高本科生创新创业能力,构建高水平创新人才培养体系全面提高学院人才培养质量。