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让科研精彩纷呈 让科学触手可及
5G时代的到来，增强现实技术的影响似乎比其他领域更有意义。对于可穿戴设备来说，如何实现紧凑轻巧的光电探测是亟待解决的问题。肉眼无法察觉的光电探测器在佩戴者与外界环境之间搭建起沟通的桥梁，构建一个现实与虚拟交互的世界，是一种非常具有前沿应用价值的技术。除了透明以外，探测器还应该能够摄取入射光的各种信息，比如强度，方向，波长，偏振态等，为了改善器件的光谱响应性能，越来越多的纳米光学结构被应用到光电探测器中。
文章解读
最近，一篇发表在Nature Communications 上的文章，通过模仿人类的视觉系统，使用高折射率材料的半导体纳米线，实现了透明，多光谱的光电探测性能。
图1 | 透明的多光谱光电探测器
文章展示了在蓝宝石衬底上的三种不同的单晶硅纳米线阵列，他们可以分别吸收红，绿和蓝光，被激发的电荷则由铝电极接收。由于纳米线的共振特性，器件可以分别提取入射光的波长和偏振态信息。但是，纳米线阵列的设计面临着多个挑战：一个是纳米线的后向散射效应，会破坏器件的透明性能，另一个是纳米线的多个光学共振态，合适的共振态会改善探测器的响应度。这些因素的叠加对纳米线阵列的几何形状和尺寸提出了严格要求。
图2 | 制作的半导体纳米线阵列的透明度
作者通过COMSOL设计优化了在不同光谱（红绿蓝）光照射下，最佳的纳米线阵列的尺寸，以及它们的散射电场分布图。从图2可以看出，不同的纳米线尺寸具有不同的反射光谱响应。而且在仿真模拟和实验层次上，均证实了在可见光波段，探测器具有较好的透射率，从而表明其在实际应用中具有良好的透明度。通过仿真模拟，不仅进行实验数据的理论分析，而且也可以在不同偏振光下的进行模式分析。
图3 | 颜色和偏振检测以及均匀的光电流生成
在图3-e中，进行器件上的电场分布和能流线的COMSOL仿真模拟分析，可以准确分析出电磁模式在硅纳米线上电磁模式分布。文章中将实验观测数据与理论分析，纳米线二维仿真模型相结合，从多个方面深入阐述了硅纳米线阵列的光学特性。在COMSOL中，微纳器件不同尺寸下的光场分布（二维彩图）以及反射透射效率（一维谱线）都可以方便的进行建模求解，光场分布有助于科研工作者清晰刻画出其中的物理过程和物理图像，一维谱线是可以与实验数据拟合，对文章的结论提供了有力的证据支持，显著的提升了文章的档次。
可见如今在高档次的文章中结合COMSOL仿真模拟来解释科学问题，展示物理机制的方式已经变得越来越常见。特别是对于这种机理解释性的文章，一些仿真模拟可以说是必不可少的。
COMSOL是一个多物理场仿真软件，功能全面，覆盖面广泛，软件用界面友好，如今已成为科研人员首选的模拟仿真软件。学会使用COMSOL也是一个非常有用的科研技能。
为了让更多科研人员能够迅速且科学地掌握这一前沿高效的数据分析软件，北京中科幻彩动漫科技有限公司举办主题为“科研模拟•学术仿真”的文章档次提升专题培训！！！
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Dr. Li / Dr. Wang
中科幻彩仿真模拟事业部技术总监
中国科学院博士
美国加州大学洛杉矶分校博士后
全国物理奥林匹克竞赛金牌
美国数学建模大赛一等奖（Final Winner）
以第一作者身份著述的多篇论文在众多顶级杂志发表：
《Nature Communications》
《Science Advances》
《Advanced Materials》
《JACS》
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2019年12月21-22日 广州·华南师范大学
2019年12月28-29日 北京·中科院过程所
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表单报名如出现异常，请联系助教
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常见问题
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