Al纳米颗粒尺寸对LSPR特性影响的模拟与分析

发布时间：2020-12-31 08:07

　　以能够在紫外波段产生局域表面等离激元共振的Al纳米颗粒作为研究对象,利用时域有限差分法(FDTD)对立方柱形Al纳米结构的近场局域增强和远场特性进行了模拟与分析。首先对不同尺寸的立方柱形Al纳米颗粒的远场消光特性进行分析;结果表明,增大纳米颗粒尺寸,共振峰红移,并且局域表面等离激元共振峰呈现出一定的展宽,其消光系数先增大后减小。其次分析了在局域表面等离激元共振波长下的近场增强特性;结果表明,金属纳米颗粒对该共振波长下的电场增强效果显著。从研究中发现,Al纳米结构的尺寸会对其LSPR效果产生显著影响,可以通过改变尺寸参数来调控纳米结构的LSPR特性,实现紫外波段的局域表面等离激元的共振激发。 

【文章来源】：光电子技术. 2020年03期 北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

立方柱形Al纳米结构示意图

金属纳米颗粒尺寸对于共振有影响是因为金属颗粒的介电常数与颗粒大小有关,这被称作颗粒尺寸效应[12]。如图2及图3所示，实验得到了不同尺寸Al颗粒的消光光谱（数据已作归一化处理）和LSPR共振波长与横纵比（L/H）的关系图。图3 共振波长与Al纳米颗粒横向长度的关系

图2 不同尺寸的Al纳米颗粒消光系数光谱从图2中可以看出，随着颗粒尺寸的增大，共振峰发生红移。这是由于纳米颗粒尺寸增大会导致沿着电场极化方向的界面电荷之间的距离增加，由此减弱了正负电荷间的吸引力，电偶极子震荡的周期增大，其谐振频率变低，这使得共振峰发生红移。此外，其共振峰的半峰全宽随着纳米颗粒尺寸的增加而变大，这是迟滞效应和高阶模式的出现所导致的[13]。当L≥125 nm时，消光谱中会出现多个共振峰，分别对应纵向模式和横向模式[14]。其中，纵向模式有更多的电荷积累，又由于电子的振荡恢复力与电荷积累量成正比，所以纵向LSPR的振动频率较快，共振波长较小；而横向LSPR的振动频率较慢，共振波长较大。

【参考文献】：
期刊论文
[1]局域表面等离激元纳米光学传感器的原理与进展[J]. 徐娅,边捷,张伟华.  激光与光电子学进展. 2019(20)
[2]局域表面等离激元[J]. 邵磊,阮琦锋,王建方,林海青.  物理. 2014(05)
[3]表面等离激元——机理、应用与展望[J]. 童廉明,徐红星.  物理. 2012(09)

硕士论文
[1]金属纳米粒子“远场”表面等离子体共振的形状和尺寸效应研究[D]. 庄一琦.华南理工大学 2018
[2]Al纳米结构的FDTD模拟研究及其在紫外波段的应用[D]. 叶伟.华中科技大学 2016



本文编号：2949279