ZnO与ZnS纳米线在载荷条件下的光学特性表征及其有限元模拟研究

【编辑推荐】本研究通过化学气相沉积(CVD)法合成ZnO纳米线，结合有限元建模(FEM)和时域有限差分(FDTD)模拟技术，首次系统揭示了机械应变对ZnO/ZnS纳米线光学性能（电场强度、磁强、坡印廷矢量等）的影响机制，为半导体纳米器件设计提供新思路。

　　

Highlight

本研究首次提出了一种创新结构，通过有限元建模(FEM)软件ABAQUS和Ansys Lumerical时域有限差分(FDTD)模拟技术，实现对ZnO和ZnS纳米线光学参数（电场强度、磁强、坡印廷矢量、功率吸收等）的精准测量。实验采用化学气相沉积(CVD)在硅基底上生长具有完美六方结构的ZnO纳米线，并通过场发射扫描电镜(FESEM)和扫描电镜(SEM)表征其形貌与尺寸分布。

Mechanical investigations and discussions

有限元分析(ABAQUS)作为关键工具，成功评估了不同材料和几何形状纳米线的机械性能差异。研究发现：机械应变会优先改变折射率，进而引发光学响应变化。这种"应变-光学性能"关联性为纳米器件设计提供了重要理论依据。

Conclusions

本研究通过实验与理论模型结合，全面解析了机械应变对单根ZnO（三种截面形状）和ZnS纳米线光学性能的影响规律。其中直径103.2 nm的六方ZnO纳米线展现出独特的光-机耦合效应，该发现为开发新型半导体纳米器件开辟了道路。