各向异性金属纳米结构等离激元光学特性及在方向探针和极化信息加密中的应用

发布时间：2017-11-14 20:52

  本文关键词：各向异性金属纳米结构等离激元光学特性及在方向探针和极化信息加密中的应用

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【摘要】：金属纳米结构由于局域表面等离激元的存在,使其具有丰富的光学性质。在生物医学、超材料、能源、信息等诸多领域都有很好的应用前景。而各向异性金属纳米结构是等离激元纳米颗粒中的一个重要组成部分,由于其形状和组成上的各向异性,使其具有入射光极化方向和颗粒取向相关等特有的光学性质。这在探测生物分子或纳米标签之间的纳米间距,追踪大分子的旋转和弯曲过程,以及检测三维极化加密信息等诸多方面具有潜在的应用。目前,利用各向异性金属纳米结构作为纳米探针去探测大分子的三维转动过程或三维极化加密信息的报道还不多。本文系统的研究了半对称金纳米星形、金属纳米棒以及金属纳米颗粒对等各向异性纳米结构的三维入射光极化方向和颗粒取向相关的近场和远场光学特性,给出了相应等离子体共振波长处的电荷分布。通过比较不同极化和取向方向下的电场分布和远场散射谱,得出了一个普遍适用于纳米星型颗粒,纳米棒颗粒以及纳米颗粒对的散射特性,即对于任意三维极化或取向方向激发出的散射谱可以表示为一组基散射光谱的线性叠加,其具体形式可以用公式2.4表示。与此同时,研究发现金核半导体壳纳米棒具有与极化相关的Fano共振特性,可以极大地增强其横向散射谱,该性质的引入拓展了纳米棒作为三维转动追踪纳米探针的传感性能。本文给出了金纳米星形颗粒作为三维极化加密信息探测器的具体探测方法。提出了单根纳米棒状颗粒作为纳米探针用于三维取向传感的探测理论,并且和前人的实验数据很好的吻合。发现对于金核半导体壳纳米棒颗粒,利用其Fano共振引起的横向等离子体散射模式,可以在不改变入射光波长的情况下,探测不同长度纳米棒颗粒的三维取向。与此同时,本文通过引入四角纳米星形颗粒作为三维取向传感器很好的解决了单根棒状颗粒中自身自转无法探测的问题。通过数值仿真验证了三维极化加密信息探测器和三维取向探针得到的3D极化角和取向角,其误差都在1°以内。本文利用金属纳米颗粒对之间3D位置和取向相关的散射特性,以及颗粒对之间距离的变化引起共振波长的改变等两个特性,实现了一个能探测纳米标签全部3D信息(S,β,γ)的纳米量角器。与此同时,本文系统的研究了金属纳米颗粒对在电磁耦合作用下的电磁增强效应,以及颗粒对相对位置的变化对增强效应的影响。给出了颗粒对相对位置的变化和SERS增强之间的关系,为SERS三维纳米量角器的实现提供了可能。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1

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本文编号：1186961