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研究方向


一、课题组介绍

 

课题组研究方向主要包括超材料/二维材料(石墨烯、黑磷、二硫化钼、拓扑绝缘体等)纳米光子学,超材料/二维材料与表面等离子激元超材料/二维材料非线性光学等。自加入深圳大学以来,已发表50篇以上高水平的SCI论文,其中一区论文10篇,包括SciencePhysical Review LettersScienceNature CommunicationsAdvanced Optical MaterialsSensors and Actuators B: Chemical等期刊。主持国家自然科学基金4项,国家重大专项课题3项,广东省自然科学基金1项,深圳市科创委项目4项,参与国家自然科学基金项目5项。在先进材料光学双稳态和全光开关、超表面和拓扑光子学以及先进材料的高灵敏度生物传感器等方面取得了重要的成果,为未来的全光通信、全光网络、环境监测、医疗诊断、生物工程、食品安全等提供了新的方法和手段。课题组现有项元江副教授、戴小玉副教授和张霜访问教授,博士后12名,博士生2名,硕士生15名。



二、主要研究方向

a. 基于超材料和超表面的拓扑光子学研究

主要研究内容包括:理想外尔点和螺旋表面态在光子晶体中的观测、超材料中的三维光子狄拉克点的实现、理想外尔光学系统与人工磁场的产生、非均匀外尔超材料中的朗道能级及实验观测等;非线性拓扑光子学研究及其在全光开关中的应用

b. 基于超常二维材料的可调太赫兹器件研究

主要研究内容包括:太赫兹载流子动力学、太赫兹非线性光学、太赫兹非线性载流子动力学;太赫兹吸收器、偏振器和传感器

c. 基于超常二维材料的全吸收器件及其在海水淡化中的应用

主要研究内容包括:基于超常二维材料实现全光吸收器件、并研究它在太阳能器件和海水淡化中的应用

d. 基于超常二维材料的超高灵敏生物传感器研究

主要研究内容包括:利用二维材料提高传统SPR生物传感器的灵敏度;利用双曲二维材料提高生物传感器的灵敏度和检测精度;利用超常二维材料提高分子识别特异性

e. 基于新型二维材料的非线性测量及其应用研究

主要研究内容包括:新型二维材料的非线性折射率的测量、全光开关和逻辑门的实现;基于二维材料的倍频效应;利用表面等离激元实现二维材料非线性效应的增强和调控


三、主要研究成果:

1-理想外尔点和螺旋表面态在光子晶体中的观测

与英国伯明翰大学张霜教授,设计并制备了马鞍形状的光子晶体,观测到了理想的外尔系统,其中四个对称性保护的外尔点坐落在同一个频率,并且在这个频率周围没有其他能带干扰。采用近场扫描的方法测量了该光子晶体的体态和表面态的分布情况。我们的发现对外尔拓扑态的研究提供了一个理想平台。

2-超材料中的三维光子狄拉克点的实现

利用电磁波的不同偏振态之间的正交性,第一次用等效介质实现了三维的光子狄拉克点分析了自旋选择的表面弧的分布情况。我们把经典的涡旋和矢量光束与这种拓扑狄拉克系统联系在一起,不仅有效的帮助了大家的理解,并且为狄拉克系统的应用提供了方法。 


3-基于二维材料的超灵敏生物传感器的实现

我们采用二维黑磷与石墨烯/过度金属化合物的异质结来提高表面等离子体共振生物传感器的灵敏度,克服了传统SPR传感器灵敏度不佳的难题,大大的提高了SPR传感器的性能。为环境监测,医疗诊断,生物工程,食品安全等提供了可靠的检测手段。

代表成果:

(1)Ideal Weyl points and helicoid surface states in artificial photonic crystal structures, Science, 2018 (in Press). 

(2)Three dimensional photonic Dirac points in metamaterials, Physical Review Letters, 2017, 119, 213901. 

(3)Direct observation of topological surface-state arcs in photonic metamaterials, Nature Communications, 2017, 8, 97. 

(4)Sensitivity enhancement by using few-layer black phosphorus-graphene/TMDCs heterostructure in surface plasmon resonance biochemical sensor, Sensors and Actuators B: Chemical2017, 249, 542. (5)Ultrasensitive biosensors based on long-range surface plasmon polariton and dielectric waveguide modes, Photonics Research2016, 4, 262.

(6)Tunable and multichannel terahertz perfect absorber due to Tamm surface plasmons with graphene, Photonics Research, 2017, 5, 536. 

(7)Enhanced spin Hall effect of reflected light with guided-wave surface plasmon resonance, Photonics Research, 2017, 5, 467.


五、条件基础

Ø  太赫兹时域光谱仪(MenloTERA sysn

Ø  强场太赫兹时域光谱系统(光泵浦-太赫兹探测、电场>500KV/cm

Ø  纳秒脉冲激光器(北京镭宝)

Ø  角分辨光谱仪(上海复享)和傅里叶变换红外光谱仪(天津港东)

Ø  时间分辨表面等离激元共振仪(中科院应化所)

Ø  476532633670nm等波长连续激光器

Ø  显微镜、光谱仪、功率计、能量计、示波器等必要测试设备