等离激元共振超材料结构的设计、制备及其拉曼检测研究

发布时间：2020-05-24 05:50

【摘要】：纳米光子学是当前国际研究的一个前沿热点,涉及在纳米尺度上的各种新颖光学现象及特性的研究,并由此催生出了表面等离激元光学。这一覆盖物理、化学、材料、信息和生物科学的交叉学科。而基于等离激元共振超材料构建的器件因体积小、集成度高、速度快、成本低,且具有传统材料没有的特殊性能,如表面增强光谱、光的异常透射等,故而引起了广大科研人员的极大关注。论文介绍了表面等离激元的物理机理,并围绕等离激元共振超材料的制备和特性展开了研究工作,制备了具有操作简单、成本低和高重复性等优点的拉曼衬底以及光吸收材料。主要包括以下几个方面:1.介绍了表面等离激元的物理机理如激发方式、色散关系以及相关仿真模拟计算方法(包括时域有限差分法和电磁场有限元法),并利用时域有限差分法对制备的结构进行了仿真模拟。2.基于简单退火处理方法在石英片表面得到金纳米颗粒阵列,并展开对该结构光学性能的研究。金纳米颗粒的等离激元共振使得该结构呈现出不同的颜色(可用于装饰材料)且同时具有较强拉曼增强性能。通过采用时域有限差分法计算得到金纳米颗粒的电磁场分布,进而阐明了金纳米颗粒阵列的拉曼增强以及共振吸收的物理机理。3.通过化学中溶胶凝胶的方法制备得到单分散的二氧化硅微球,同时将这些二氧化硅微球自组装合成单层二氧化硅胶体晶体。然后用磁控溅射系统在胶体晶体上沉积一层薄金再经过退火处理制备出具有高拉曼热点的金纳米帽壳结构。探究其光学性能以及表面增强拉曼方面的应用。4.通过在单晶硅上制备离散金纳米颗粒,然后进行金属辅助化学刻蚀制备出黑硅与金复合纳米结构,同时探究了其物理特性。这些研究结果为我们继续深入研究和实现高性能的拉曼衬底以及等离激元共振吸收超材料奠定了良好的实验基础。
【图文】：

1.1（a）等离激元电场分布图。（b）(a)中表示的电场随 Z 的变化[2]。电磁学入手，首先运用麦克斯韦方程组[7]推导金属—介质分界色散关系方程。如图 l.1(a)所示，则他们满足的麦克斯韦（Ma × H= D

图 1.2 局域表面等离激元中电子云的集体振荡[9]被光辐射时,就会使得金属球表面的电子云往复下，金属纳米颗粒的半径远远小于幅射波波长。可以把金属纳米球受光辐射问题看成是准静态问
【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.37;O511.3

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本文编号：2678550