探索高密度和随机分布的纳米线阵列的光学行为

垂直半导体纳米线阵列是用于视网膜修复的有前途的材料，可以帮助恢复患有严重视网膜疾病的人们的视力。这些纳米线还可以用于制造受生物启发的感光器和轻巧高效的光伏电池。

“关于基于半导体垂直纳米线的下一代光电实现的许多研究都集中在纳米线的集体光学特征和器件性能上，这些现象可以在宏观尺度上观察到和表现出来，” 该学院副教授Young Min Song光州理工学院电气工程与计算机科学系主任Nannank解释说。“尽管组合纳米线的个体共振触发了宏观上可观察到的光学特性，但到目前为止，纳米线阵列中详细的光子现象尚未得到研究。”

实际上，新颖而有趣的光子事件（例如强烈的吸收，散射和波长选择性）是由纳米线的个体共振导致的，这被称为引导（或泄漏）模式。

在Song小组的最新研究成果（发表于“ 高级光学材料”（“通过无光刻工艺制造的基于III-V半导体纳米线森林的选择性和灵敏光子筛”））中，科学家们提出了关于高度光学显微镜的光学行为的理论和实验研究。嵌入透明聚合物中的密集且随机分布的纳米线阵列，它们称为选择性和敏感光子筛（SSPS）。

他们发现，在某些几何参数的条件下，随机且密集的III-V纳米线森林可以具有可分辨的纳米光学共振，以响应不同的入射光子。

Song指出：“我们的实验观察结果还通过显示取决于波长的独特光谱图像（包括蓝色，绿色，红色和近红外颜色）也成功地支持了我们的计算结果。”

垂直纳米线阵列的SEM图像。（经Wiley-VCH Verlag许可转载）

在过去的几年中，Song的小组专注于开发基于半导体纳米线的光学滤光片和受生物启发的成像设备。

他说：“基于我们先前的研究，我们自然对垂直纳米线阵列的光谱响应感兴趣，这类似于生物视网膜细胞。” “我们通过生长样品而不使用纳米光刻工艺来提供可承受性的方法来彻底研究垂直纳米线阵列的光学事件，并将样品嵌入透明聚合物中。”

该团队还制定了使用垂直对齐的III-V纳米线森林作为人造感光体的设计指南。这项研究可能有助于开发人造眼睛和受生物启发的高分辨率相机。

对于视网膜假体应用特别有吸引力的是在从紫外线，可见光和近红外的宽带范围内的高光子选择性和灵敏度。而且，纳米线和封装聚合物的柔软性可以使假体装置与受损或盲目的视网膜整合在一起。

选择性和敏感光子筛（SSPS）对白光，红光，绿光和蓝光的光谱响应不同。图片：宋研究组）

在他们工作的这一阶段，研究人员证明了随机密集的纳米线森林在光谱上能够以高吸收率区分单个纳米线中的入射光子。为了开发人造感光体，下一步是将金属电极连接到每条纳米线，以便从它们读取单独的电信号。

Song总结说：“我们需要一种新颖的电连接和数据读取策略，以便我们构建功能设备。” “与大量纳米线进行单独的电连接不是一件容易的事，但我们认为，实现亚微米节距的尖端互补金属氧化物半导体（CMOS）电路技术是解决这一问题的潜在方法。”