FDTD在等离子激元组装体光学性能研究中的仿真应用
发布时间：2020-06-14 16:09
【摘要】：贵金属纳米粒子及其组装体在表面等离子共振与表面拉曼增强等光学效应中的光学性质,被广泛应用于当代日渐重视的生物与医学中的实际研究。基于时域有限差分方法,仿真贵金属纳米粒子及其组装体的散射信号以及场强分布信号,可以准确的分析该物体结构的LSPR峰位置移动情况以及拉曼增强效应情况。从理论的角度去验证实验的结果,进一步可以指导系列实验的科研方向。本文首先介绍FDTD以及FDTD Solutions的工作原理以及建模流程,然后是以金银核壳立方体为基础体系的系列仿真课题。金银核壳立方体组装四面体DNA探针,配位对应目标RNA实现配位前后的LSPR峰位置的变化,以达到检测目标RNA的效果;金银核壳立方体组装单个金球,控制金银核壳立方体保持不变,改变外部组装的金球在立方体上的组装位置,并在每个位置依次改变该金球的尺寸,以研究这一系列的变化位置和尺寸对于整个结构的拉曼信号的影响,从而达到可控拉曼增强效应的目的。然后做了其他体系的模型仿真。基于包含双氧水的一个复合氧化还原反应,来实现金三角片的刻蚀,测得金三角片刻蚀过程中的LSPR锋位的变化,对应当前双氧水的浓度,以达到检测双氧水浓度的目的。接着是一个探索性仿真,金银核壳球体周围组装一圈卫星小金球,通过改变外部小金球与中间金银核壳球体的组装距离,并改变小金球组装距离发生变化的个数,从而研究其拉曼信号的变化。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1
【图文】：
图 1.1 局部表面等离子体共振示意图表面等离子共振技术的发展历史源远流长。最开始是上世纪初的“伍德异常衍射现象”，后的五十年代末 R.H.Ritchie 的“金属等离子体”概念[20]，再到六十年代前后，Stern 和 Ferrell出的金属表面电磁波的色散关系[21]，接着在七十年代，Krestschmann 和 Raether 提出的estschmann 装置模型至今仍在使用，是现代表面等离子共振技术的基础[22]。八十年代初，黎世 IBM 实验室研发了第一台光学显微镜，进一步推动了表面等离子的研究[23-24]，其中，rn 和 Ferrell 将金属介质表面等离子体振动的量子称为表面等离子体。当入射光的角度或入波长值存在相应条件时，在金属薄层表面和溶液界面处就会发生共振效应，入射光被金属料所吸收，从而使得反射光的能量下降，因此在反射光谱上会出现反射强度最小值的结果。时金属材料表面介质的介电常数变化，共振峰位置将会随之变化。这一理论结果极大的促了近 40 年各种 SPR 检测技术的发展。3.2 表面等离子共振技术原理
在表面探测、催化、电化学、生物检测等领域的应用很快成为了研究的热点。1.4.3 表面增强拉曼散射的增强机理图1.2 表面增强拉曼散射（SERS）产生过程示意图。1）物理增强（Physical Enhancement）物理增强又被称为电磁场增强（Electromagnetic Enhancement，简称 EM）是指首先是金属材料表面，且该金属表面粗糙，其次入射光需照射该金属的粗糙部分的表面的自由电子，最终，该金属表面出现电磁场增强的现象。分子的拉曼散射强度是与该分子所在的周围环境的电场强度存在正向比例的关系，所以金属表面的电磁场实现了增强之后，会正向比例的导致分子的拉曼散射强度相应的增强。简而言之，就是可以从如何增强物体的周围电场强度着手，同一条件下，提高场强值，就可以实现提高拉曼信号强度的目的。实现电磁场强度增大的方法和途径主要有表面等离子体共振、避雷针效应和热点效应。（a）表面等离子体共振（SPR）散射截面巨大增加的原因。在入射光照射该金属颗粒表面（粗糙）时，表面的等离子体吸收能量之后
本文编号：2713030
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1
【图文】：
图 1.1 局部表面等离子体共振示意图表面等离子共振技术的发展历史源远流长。最开始是上世纪初的“伍德异常衍射现象”，后的五十年代末 R.H.Ritchie 的“金属等离子体”概念[20]，再到六十年代前后，Stern 和 Ferrell出的金属表面电磁波的色散关系[21]，接着在七十年代，Krestschmann 和 Raether 提出的estschmann 装置模型至今仍在使用，是现代表面等离子共振技术的基础[22]。八十年代初，黎世 IBM 实验室研发了第一台光学显微镜，进一步推动了表面等离子的研究[23-24]，其中，rn 和 Ferrell 将金属介质表面等离子体振动的量子称为表面等离子体。当入射光的角度或入波长值存在相应条件时，在金属薄层表面和溶液界面处就会发生共振效应，入射光被金属料所吸收，从而使得反射光的能量下降，因此在反射光谱上会出现反射强度最小值的结果。时金属材料表面介质的介电常数变化，共振峰位置将会随之变化。这一理论结果极大的促了近 40 年各种 SPR 检测技术的发展。3.2 表面等离子共振技术原理
在表面探测、催化、电化学、生物检测等领域的应用很快成为了研究的热点。1.4.3 表面增强拉曼散射的增强机理图1.2 表面增强拉曼散射（SERS）产生过程示意图。1）物理增强（Physical Enhancement）物理增强又被称为电磁场增强（Electromagnetic Enhancement，简称 EM）是指首先是金属材料表面，且该金属表面粗糙，其次入射光需照射该金属的粗糙部分的表面的自由电子，最终，该金属表面出现电磁场增强的现象。分子的拉曼散射强度是与该分子所在的周围环境的电场强度存在正向比例的关系，所以金属表面的电磁场实现了增强之后，会正向比例的导致分子的拉曼散射强度相应的增强。简而言之，就是可以从如何增强物体的周围电场强度着手，同一条件下，提高场强值，就可以实现提高拉曼信号强度的目的。实现电磁场强度增大的方法和途径主要有表面等离子体共振、避雷针效应和热点效应。（a）表面等离子体共振（SPR）散射截面巨大增加的原因。在入射光照射该金属颗粒表面（粗糙）时，表面的等离子体吸收能量之后
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 张磊;沈晶晶;范曲立;汪联辉;黄维;;单颗粒等离子激元生物传感技术[J];科学通报;2014年02期
本文编号：2713030
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