【摘要】：金屬納米結(jié)構(gòu)在入射光激勵時,其自由電子將與入射光相互作用,適當條件下,將形成一種沿著金屬表面?zhèn)鞑サ慕鼒鲭姶挪?即表面等離激元(Surface Plasmon,SP)。根據(jù)金屬納米結(jié)構(gòu)對SP的邊界約束條件,SP可分為局域表面等離激元(Localized Surface Plasmon,LSP)和表面等離極化激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)。由于表面等離激元效應,金屬納米結(jié)構(gòu)具有奇特的光電響應特性。這些奇異的特性已經(jīng)形成了最具活力的熱門研究內(nèi)容,其研究成果已經(jīng)成功應用于生物傳感、醫(yī)學診斷、光電功能材料、超高容量光存儲以及新型能源等領域。本論文提出并設計了幾種特殊的金屬納米結(jié)構(gòu),采用有限元法(FEM)數(shù)值模擬,從理論上研究其表面等離激元共振耦合特性、誘導透明及光學手性效應。主要研究工作如下:1.理論分析并數(shù)值模擬研究具有雙扇形構(gòu)型光學納米天線的表面等離激元共振特性。結(jié)果表明,扇形金屬納米結(jié)構(gòu)尖端及兩扇形間隙處具有顯著的電場增強,其消光譜具有多級共振峰,且具有明顯的定向遠場能量輻射特性。通過分析各共振峰位置波長激發(fā)下的雙扇形結(jié)構(gòu)的電荷和電場分布,發(fā)現(xiàn)各共振峰均由綁定模式耦合產(chǎn)生。通過調(diào)節(jié)兩扇形的中心角、夾角、距離等結(jié)構(gòu)參數(shù),可以實現(xiàn)對共振峰位置的調(diào)節(jié)。相關(guān)研究結(jié)論為光學納米天線的研制,及其在生物光譜傳感等方面應用提供了可靠理論依據(jù)。2.提出并設計了納米圓環(huán)和納米叉組成的復合金屬納米結(jié)構(gòu),分別研究了環(huán)與叉相接及環(huán)與叉分離兩種狀態(tài)下體系的表面等離激元共振性質(zhì)。結(jié)果表明,當環(huán)叉相接時,通過調(diào)整納米叉的交叉角度、交叉點位置以及結(jié)構(gòu)尺寸大小,可以實現(xiàn)對LSP共振峰的調(diào)制,并觀察到超高階的表面等離激元共振峰及局域電場增強效應,特別是當叉夾角為90°時,環(huán)叉構(gòu)型具有偏振無關(guān)特性。通過研究共振峰位的電場及電荷密度分布,基于模式耦合模型對消光光譜特性進行分析。當環(huán)叉分離時,通過改變納米叉與納米環(huán)間距離,發(fā)現(xiàn)與環(huán)叉相接情況相比,產(chǎn)生新的高階共振模式。相關(guān)研究結(jié)論為設計可調(diào)諧濾波器提供了可能途徑。3.構(gòu)建了納米環(huán)和納米棒構(gòu)成的二維和三維超結(jié)構(gòu),研究結(jié)構(gòu)排列方式、空間對稱性和周圍介質(zhì)環(huán)境屬性變化對表面等離激元誘導透明效應的影響規(guī)律。結(jié)果表明,通過調(diào)節(jié)納米棒在納米環(huán)中的相對位置,破壞其結(jié)構(gòu)的空間對稱性,在透射譜上同時出現(xiàn)了兩個表面等離激元誘導透明窗�；诒砻娴入x激元耦合模型分析可知,位于短波長處的透明窗是亮模-暗模相互耦合作用產(chǎn)生,而位于長波長處的另一透明窗口則是由亮模-亮模雜化耦合產(chǎn)生。并基于洛倫茲振子模型對亮-暗耦合的表面等離激元誘導透明現(xiàn)象進行了理論分析。環(huán)棒復合納米結(jié)構(gòu)所具有的兩種不同的模態(tài)耦合共存產(chǎn)生的表面等離激元誘導透明效應,可為新型光譜濾波器設計提供很好的參考。4.以Born-kuhn模型為基礎,對金屬-介質(zhì)-金屬構(gòu)型的雙重旋轉(zhuǎn)手性納米結(jié)構(gòu)陣列的表面等離激元共振特性和圓二色性展開研究。結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)具有很強的圓二色性及光學手性,且強烈依賴于結(jié)構(gòu)尺寸大小,上下層間距等參數(shù)�；贐orn-kuhn理論模型,將上、下兩層納米結(jié)構(gòu)等效為電偶極子,通過分析層間電荷的耦合模式,對共振峰位置隨結(jié)構(gòu)參數(shù)變化產(chǎn)生頻移現(xiàn)象進行解釋,揭示其圓二色性產(chǎn)生機理。所設計的手性納米結(jié)構(gòu)具有的近場增強效應和手性光學性質(zhì),可為生物靶向分子檢測、光譜傳感提供實驗依據(jù)。
【學位授予單位】：陜西師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O441.4
【圖文】：

陜西師范大學博士學位論文強，這種電場增強區(qū)域通常被稱為“熱點”。隨著高精度納米加工，多種構(gòu)型的金屬納米結(jié)構(gòu)被制備出來，比如納米棒、納米盤、用于研宄表面等離激元共振現(xiàn)象�；谶@一近場增強特征，局域用于表面增強拉曼光譜、近場手性增強、光催化等領域。逡逑

入射光入射到二聚體體系時，若系統(tǒng)處于水平偏振激發(fā)狀態(tài)時，隨著顆粒間距增逡逑大，吸收共振峰將會出現(xiàn)顯著紅移；而處于垂直偏振激發(fā)狀態(tài)時，隨著顆粒間距逡逑增大，吸收共振峰將會發(fā)生藍移，如圖１－４所示［２（）］。逡逑．．邐八邋邐Ｇａｐ邋＝邋２邋ｎｍ邐，邋Ｌ、邐邐Ｇａｊ）邋＝邋２邋ｎｍ逡逑＾邐（３）邐／邋＼邐邐Ｇａｐ邋＝邋８ｎｍ邋１２．邐（邋Ｑ邋Ｉ邐邐Ｇａｐ邋＊邋８邋ｎｍ逡逑＇邐７邐＼邐Ｇａｐ＝１２ｒｖｎ邐＇邐，邐Ｇａｐ邋＊邋１２邋ｎｍ逡逑＿邐／邐＼邐邐Ｇａｐ＝ｌ８ｔｖｎ邐／邐個息a懾邋危叮幔穡藉澹保稿澹睿礤義希掊澹保擔澹擼垮澹垮危危苠澹牽幔穡浚玻福睿礤

本文編號：2798643