《自然》刊載南開教師論文 解釋光學異常透射現象

2020-11-27 科學網

 

一項由南開大學青年教師劉海濤與法國科學家菲力浦·拉朗尼(Philippe Lalanne)合作完成的成果,日前發表在著名的英國《自然》(Nature)雜誌上。

 

4月10日出版的《自然》雜誌以「光學異常透射的微觀理論」為題刊文,介紹了這一微納米光學領域的成果。

 

這篇文章共有兩位作者,第一作者是南開大學現代光學研究所的副教授劉海濤,通訊作者是法國國家科學研究中心光學研究所查爾斯·法布裡實驗室的教授菲力浦·拉朗尼。

 

劉海濤有兩個署名單位,分別是法國國家科學研究中心光學研究所查爾斯·法布裡實驗室和南開大學現代光學研究所光電信息技術科學教育部重點實驗室。

 

因為,這項成果是他在「法中科學及應用基金會」(FFCSA)和國家留學基金委(CSC)的共同資助下,在法國進修期間合作產生的。

 

劉海濤2005年博士畢業於清華大學,同年到南開大學光學所任教。2006年10月,他被公派赴法進修,從事博士後研究,菲力浦·拉朗尼教授是他博士後期間的導師。

 

《自然》雜誌社2007年9月27日收到該論文的投稿,2008年1月24日接收,4月10日正式發表。

 

巧合的是,劉海濤與菲力浦·拉朗尼所研究的光學異常透射現象,恰是10年前《自然》雜誌所首次揭示的。

 

1998年,一組外國科學家通過《自然》首次揭示了納米金屬孔陣列的光學異常透射現象。

 

這些科學家發現,在某些特定波長,光的零級透過率不僅高於孔的面積與一個周期面積的比值,還遠高於傳統的孔徑理論給出的數值。他們還指出,光學異常透射有可能來自金屬表面等離子體的共振激發,但是沒有堅實的理論支持。

 

此後,對於光學異常透射現象物理機制的解釋,一直存在幾種不同觀點的激烈爭論,主要集中在該現象是由金屬表面等離子體造成,還是由其它類型的光場引起。

 

而劉海濤和菲力浦·拉朗尼在這篇論文中,提出了一種解釋光學異常透射現象的微觀理論,調和了之前不同觀點的爭論。

 

該理論將表面等離子體作為金屬孔之間電磁相互作用的唯一媒介,能夠預言可見光和近紅外波段透射增強的所有主要特徵,包括透射譜線形狀、透射峰值和極小值點位置、反射譜極小值點和透射譜峰值間的對應關係等,從而能夠定量地分析金屬表面等離子體和其它類型的光波對光學異常透射的各自作用,大大擴展了人們對這一現象的認識。

 

該理論還將深化人們對納米金屬結構之間電磁相互作用的本質的認識,為此類器件的設計提供理論指導,並促進微納米光學、光波的電磁場理論、金屬表面等離子體物理等相關學科的發展,具有重要的科學與應用價值。

 

創刊於1869年的英國《自然》雜誌,是一份在世界範圍內舉足輕重的綜合性學術期刊。

 

這也是半年之內,以南開大學教師為第一作者或通訊作者的論文第二次登上《自然》雜誌。2007年11月,《自然》公布了南開大學泰達生物技術學院院長、長江學者王磊課題組與5家國外研究機構合作完成的一項極端微生物學成果。

 

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