【摘要】：近年來等離激元光子學成為學術(shù)研究的熱點。等離激元是光場與自由電子相互作用形成的共振模式,多形成于貴金屬與介質(zhì)之間。在過去二十年間,科學家在理論和實驗兩方面取得大量進展,通過理論設計與生長/加工技術(shù)調(diào)控顆粒尺寸、材料、幾何形狀,從而進一步控制其光學及相關(guān)特性。局域表面等離激元會在顆粒附近很小的局域內(nèi)產(chǎn)生近場增強,從而使得金屬納米顆粒的散射和吸收同時增加,因此很多金屬納米顆粒有很強的吸收效率,在入射光的照射下,光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?光熱效應在生物醫(yī)療、光熱成像、金屬納米材料的自組裝、光熱操控等領域有著廣泛的應用,但是微觀結(jié)構(gòu)的等離激元光熱傳輸仍有很多規(guī)律需要探索,因此,在本論文中我們對不同金屬微納結(jié)構(gòu)的光熱傳輸進行了研究,并討論其在生化檢測與局域溫度測量中的應用。本論文具體內(nèi)容如下:(1)對影響金屬納米顆粒光熱效應的因素的研究。通過模擬單個金屬納米顆粒置于襯底不同位置的溫度分布,得知改變襯底的結(jié)構(gòu)可以有效的提高金納米顆粒的溫度,為了使溫度能迅速上升,形成局域高溫,需要使金屬納米顆粒聚集分布,產(chǎn)生聚集效應,同時考慮一些占空比大的納米結(jié)構(gòu),所以等離激元光熱轉(zhuǎn)換器可以考慮通過設計多孔的微納結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。(2)研究Au/AAO結(jié)構(gòu)的光熱效應及其在表面輔助激光解吸附/離子化質(zhì)譜(SALDI-MS)中的應用。SALDI效率的提升主要是由孔徑尺寸、光吸收、熱傳導和熱容等因素導致的。大孔徑的Au/AAO相比小孔徑Au/AAO基底顯示出較少的分析物碎片。Au/AAO作為SALDI-MS襯底的高效證明了其是優(yōu)秀的等離激元光熱轉(zhuǎn)換器,其中一小部分因素是由于光吸收,而主要原因是其孔徑尺寸對熱傳導的影響。(3)通過研究微納尺度熱傳導的規(guī)律,校準基于掃描熒光光譜的掃描熱顯微鏡。測量溫度與未被擾動樣品之間溫度差異的影響因素主要是針尖尺寸、針尖與樣品的間隙、加熱功率和熱源尺寸。不同因素對相對溫度差異的影響是不同的。改變針尖尖端半徑和針尖與熱源之間的間隙,相對溫度差異波動約10%,而熱源功率和熱源尺寸對相對溫度差異有很大影響。通過仿真結(jié)果,我們可以認為樣品在溫度不太高且選定的熒光納米顆粒尺寸遠小于樣品的情況下,這種溫度測量方法是行之有效的。另外我們還模擬了探針掃描過程,并用線性顯式公式進行了溫度預測。定量地測量了溫度誤差,更好地實現(xiàn)基于掃描熒光光譜的掃描熱顯微鏡的溫度測量。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1
【圖文】：

圖１．１三種等離激元的振蕩模式逡逑．１體等離激元逡逑金屬內(nèi)部的入射光子會受到電場的擾動，從而在其內(nèi)部形成縱向的體等離子逡逑振蕩，由上文我們所提到的，可以直接將邊界條件代入到麥克斯韋方程中，從逡逑得到體等離子體振蕩的振蕩頻率為：逡逑ｃｏ］＝—邐（１－１）逡逑￥逡逑其中ｎ為自由電子數(shù)密度，ｍ為電子質(zhì)量，＆為真空介電常數(shù)，＾為電量。逡逑Ｄｒｕｄｅ模型中金屬的介電常數(shù)是一個復數(shù)，復數(shù)的虛部即為其衰減項，可以用逡逑式表不為：逡逑＾（？）邋＝邋１７＾—邐（Ｌ２）逡逑（0邋＋ｉｙｃｏ逡逑

白天時杯子呈現(xiàn)出綠色，到了晚上就會變成紅色。這就是因為杯子上嵌入逡逑的金納米顆粒與５３２ｎｍ的綠光發(fā)生共振，白天時顯示出綠色的散射光，晚上看到逡逑是紅色的透射光，如圖１．３所示。逡逑ｋｕ邋（逡逑ｊ逡逑圖１．３不同入射光下的萊庫格斯杯呈現(xiàn)不同的顏色逡逑金屬納米顆粒中的局域表面等離ｆ體共振是多個自由電ｆ在入射光場下的共逡逑振的耦合，金屬納米顆粒中的電子云會隨著入射光的作用發(fā)生位移，金屬表面的逡逑庫侖作用力會對此產(chǎn)生一個回復力，使其像彈簧振子一樣產(chǎn)生振動，形成局域的逡逑共振［２０］。這種振蕩的頻率會受到電子密度、電荷分布的現(xiàn)狀大小、有效電子質(zhì)Ｍ：逡逑等影響。因此在不同的介電環(huán)境和金屬納米顆粒中，金屬納米顆粒會顯示不同顏逡逑色的散射光。逡逑如圖１．４，根據(jù)電磁學的知識，入射光波長遠大于金屬納米顆粒尺寸時，可以逡逑近似為準靜電場，可以推導出顆粒極化率為［２１］：逡逑￡邋＿邋￡逡逑ａ＝Ａｎａｙ邋￣—邐（１．１１）逡逑＾邋＋邋２心逡逑

白天時杯子呈現(xiàn)出綠色，到了晚上就會變成紅色。這就是因為杯子上嵌入逡逑的金納米顆粒與５３２ｎｍ的綠光發(fā)生共振，白天時顯示出綠色的散射光，晚上看到逡逑是紅色的透射光，如圖１．３所示。逡逑ｋｕ邋（逡逑ｊ逡逑圖１．３不同入射光下的萊庫格斯杯呈現(xiàn)不同的顏色逡逑金屬納米顆粒中的局域表面等離ｆ體共振是多個自由電ｆ在入射光場下的共逡逑振的耦合，金屬納米顆粒中的電子云會隨著入射光的作用發(fā)生位移，金屬表面的逡逑庫侖作用力會對此產(chǎn)生一個回復力，使其像彈簧振子一樣產(chǎn)生振動，形成局域的逡逑共振［２０］。這種振蕩的頻率會受到電子密度、電荷分布的現(xiàn)狀大小、有效電子質(zhì)Ｍ：逡逑等影響。因此在不同的介電環(huán)境和金屬納米顆粒中，金屬納米顆粒會顯示不同顏逡逑色的散射光。逡逑如圖１．４，根據(jù)電磁學的知識，入射光波長遠大于金屬納米顆粒尺寸時，可以逡逑近似為準靜電場，可以推導出顆粒極化率為［２１］：逡逑￡邋＿邋￡逡逑ａ＝Ａｎａｙ邋￣—邐（１．１１）逡逑＾邋＋邋２心逡逑

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