金属纳米颗粒表面等离激元模式的计算模拟研究

发布时间：2021-09-05 13:11

　　表面等离子体光子学是纳米光子学领域的一个重要组成部分。对于金属纳米颗粒,其比表面积要远远大于块材金属。贵金属纳米颗粒奇特的光学性质即源于电磁场与金属表面的自由电子相互作用,这一物理过程将使得纳米颗粒表面出现增强的近场。而不同形貌的纳米颗粒,其光学性质也各异,经典电动力学表明边界条件是影响纳米颗粒多样性的关键因素。而对更小尺度（几个纳米级别）的纳米颗粒,必须考虑量子效应。本文首先介绍了两类表面等离激元、等离激元间的耦合现象以及它们的应用。其次,我们简述了表面等离激元的实验表征方法和数值模拟方法。最后,我们介绍了表面等离激元的量子效应。（第一章）在经典框架下,理论模拟研究外加电场激发纳米颗粒局域表面等离激元需要求解Maxwell方程组。外加电磁场有平面波入射和高能电子束入射两种方案。文中详细介绍了极化光与颗粒发生散射、吸收过程的理论基础,推导了颗粒对光散射、吸收及消光截面公式;同时也介绍了高能入射电子与纳米颗粒相互作用的理论基础,给出了入射电子能量损失几率的表达式。在数值模拟过程中,只有Mie理论可以给出精确的球形颗粒的光学性质。我们介绍离散偶极子近似及边界元近似方法来求解任意形貌颗粒的M... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１金属／介质界面处ｓｐｐ色散关系，虚线为光在介质中的色散关系，点线为表面等离激??元频率

?、??ＳＰＰ电场在金属、介质中的趋肤深度（纵向电场衰减长度）分别为＜＾和心（参??见图１．２），它们可由衰减常数￣的倒数１／￣给出，根据之前的推导我们可以得??到：????ｕ）?Ｉ￣—ｅ？￣??（１－１１）??ｃ?ｙ?￡１?＋?＾２??图１．３展示了?ＳＰＰ纵向电场分别在金属及真空两侧的衰减长度，显然，电场在金??属内部迅速衰减。??ｂｉ—．．．．＾?ｒ??＋－ｒ＋???—－Ｆ＋＋?――—＋＋＋?—?—■—￣；??ｍｅｔａｌ??图１．２金属／介质界面处ＳＰＰ激发电场、电荷分布示意图［１３］。??４００?５?ｒ￣￣｜?！?｜?！?＇?｜?！??１?＼?＿??３００?－?＼?－??５?－?ｎ?－??２００?—?？?，?＼?一??－?＼?＼?Ｊ??ｍｅｔａｌ??－一?－??ｔ?，?｜?ｉ?｜?；?ｉ?，??０?０．００５?０．０１?０．０１５?０．０２??ｑ?（Ａ＇１）??图１．３趋肤深度Ａ?＝?１／ａ随波矢变化，分别给出了?ＳＰＰ的纵向电磁场在金属及真空中的??衰减长度。其中金属体等离激元频率ｃｊｐ?＝?１５ｅＶ，图摘自文献［１４］。??以上讨论的是单个无限大平面上的ＳＰＰ，而实际上我们常常面对薄膜。这种??材料有上下两个表面

?、??ＳＰＰ电场在金属、介质中的趋肤深度（纵向电场衰减长度）分别为＜＾和心（参??见图１．２），它们可由衰减常数￣的倒数１／￣给出，根据之前的推导我们可以得??到：????ｕ）?Ｉ￣—ｅ？￣??（１－１１）??ｃ?ｙ?￡１?＋?＾２??图１．３展示了?ＳＰＰ纵向电场分别在金属及真空两侧的衰减长度，显然，电场在金??属内部迅速衰减。??ｂｉ—．．．．＾?ｒ??＋－ｒ＋???—－Ｆ＋＋?――—＋＋＋?—?—■—￣；??ｍｅｔａｌ??图１．２金属／介质界面处ＳＰＰ激发电场、电荷分布示意图［１３］。??４００?５?ｒ￣￣｜?！?｜?！?＇?｜?！??１?＼?＿??３００?－?＼?－??５?－?ｎ?－??２００?—?？?，?＼?一??－?＼?＼?Ｊ??ｍｅｔａｌ??－一?－??ｔ?，?｜?ｉ?｜?；?ｉ?，??０?０．００５?０．０１?０．０１５?０．０２??ｑ?（Ａ＇１）??图１．３趋肤深度Ａ?＝?１／ａ随波矢变化，分别给出了?ＳＰＰ的纵向电磁场在金属及真空中的??衰减长度。其中金属体等离激元频率ｃｊｐ?＝?１５ｅＶ，图摘自文献［１４］。??以上讨论的是单个无限大平面上的ＳＰＰ，而实际上我们常常面对薄膜。这种??材料有上下两个表面


本文编号：3385409