界面对金属纳米颗粒局域表面等离激元耦合峰位及强度影响的研究

发布时间：2020-05-25 15:36

【摘要】：局域表面等离激元描述了当入射光的波长小于/近似于金属纳米颗粒尺寸时,入射光与金属纳米颗粒中自由电子间的强耦合现象。由于其对局域电场、光吸收率、光散射率等特性的增强,局域表面等离激元被广泛运用于诸如LED、光电探测器、太阳能电池等光电器件中和表面增强拉曼散射、针尖增强拉曼散射、化学传感器等新兴技术领域。在大多数的实际应用中,用于支撑金属纳米颗粒的衬底是必不可少的。而在以往对LSP的研究中,多采用有效折射率理论来淡化其影响。但根据我们之前对非对称光反射现象的研究表明:当光从衬底层/空气介质入射到金属纳米颗粒与衬底组成的复合界面时,不同入射方向下的LSP耦合强度并不相同。这是源于他们截然不同的局域驱动场。因此,有必要系统性地研究界面对LSP耦合峰位和强度的影响,以便在光电器件等应用的设计和结构优化过程中提供一定程度的指导。我们采用FDTD模拟仿真的方法,设计了三种结构来讨论界面对LSP的影响。第一个结构(结构A)是半球形金属纳米颗粒在衬底上,可通过纳米压印、热退火等物理方法制备。第二个结构(结构B)是球形金属纳米颗粒在衬底上,可由化学法合成后再转移的方法实现。这两种结构常见于衬底为固态的情况下。第三种(结构C)为球形金属纳米颗粒半埋入衬底中,其在某些液-液界面被发现。本文将主要讨论这两个方面问题:1、界面对LSP耦合峰位的影响。仿真结果表明随着衬底折射率的增大,结构A和C的耦合峰位都发生红移并且趋势满足超线性关系,但结构B的峰位却几乎不移动。进一步地,我们利用有效折射率拟合公式neff=μn1+(1-μ)n2推导出三种结构下不同的权重系数μ。而这些差异是源于极化电场不同程度地穿透进入到衬底中。此外通过对比三种结构在化学传感器中差异,我们发现界面对提升灵敏度产生负面影响。2、界面对LSP耦合强度的影响。我们研究了不同光入射方向下,三种结构的LSP散射强度。结果表明,对于结构A和结构C而言,不同光入射方向下散射强度之比CSB/CSF等于衬底折射率与介质环境折射率之比n2/n1。而结构B中,两者却不相等。这些现象都可以通过修正的菲涅尔公式下的不同的局域驱动场强度来解释。
【图文】：

表面等离激元,光子晶体

截止２０１８年初，希捷、西部数据宣布其机械硬盘单碟容量（３．５寸）己突破２ＴＢ。台积电也表示正在试制７ｎｍ级集成电路，有望实现首发用。但是近十年所有的产品的技术更迭都愈加缓慢和困难，摩尔定律已经逐效。究其原因，源于现在这些产品所涉及的技术都己经触及或接近传统光学、件的理论极限，包括ＣＰＵ级集成电路极紫外光刻技术⑴、高密度数据读写的大功率短波激光器等。逡逑基于“后摩尔时代”的现状，只能尝试从其他方面做出突破，而纳米光ｍ是其中一个重要研宄方向。纳米光子学主要研究的是纳米尺度下的物质结光的相互作用Ｗ。由于此时物质结构与其光的波长处于同一量级，两者间的无法准确预判。因其诸多与传统光学迥然不同的光学特性而受到科研人员的例如其能够突破传统的光学衍射极限。纳米光子学不止满足目前器件小型化、成化发展方向的要求，同时能够有效地增强器件的性能。逡逑（ａ）逦逦逦（ｂ）逡逑

示意图,示意图,自由电子,表面等离激元

厦门大学硕士学位论文局域表面等离激元（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ邋Ｓｕｒｆａｃｅ邋Ｐｌａｓｍｏｎ，邋ＬＳＰ）描述了当金寸等于或者小于入射光的波长时，自由电子因长程库伦力的作用构的周围发生定向振荡的现象（如图１－４所示），，而自由电子的光的偏振方向有关［３，＆３３１。逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TN36

【参考文献】