本文選題：石墨烯　切入點：表面等離激元分子　出處：《華僑大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：類似于原子和分子系統(tǒng),表面等離激元分子(Plasmonic Molecules,PMs)是由各個等離子體模式之間的相互作用,并且展現(xiàn)出獨特的共有化行為的納米結(jié)構(gòu)。這些行為主要包括由于等離子體模式之間以及外部的激發(fā)導(dǎo)致的法諾(Fano)諧振、慢光(Slow Light)和電磁導(dǎo)致透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)等。PMs由于具有Q值高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活以及對環(huán)境改變具有敏感性的特點,因此在基礎(chǔ)科學(xué)、信息處理、生物化學(xué)等領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用。傳統(tǒng)的等離子體材料主要是貴金屬,比如金和銀,但是它們的結(jié)構(gòu)一旦固定,其表面等離激元(Surface Plasmon Polartions,SPPs)的性質(zhì)也就固定。基于金屬的SPPs性質(zhì)受到了限制的另一個原因是在金屬表面?zhèn)鞑サ腟PPs損耗較大,傳播距離很短。石墨烯是由單層碳原子層構(gòu)成的二維材料,由于其特殊的能帶結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能受到廣泛的關(guān)注。本文利用石墨烯作為材料平臺構(gòu)建PMs,利用有限元方法(FEM)系統(tǒng)研究石墨烯PMs的本征光場性質(zhì)以及遠場消光光譜性質(zhì),具體研究內(nèi)容如下:首先,計算基于石墨烯的雙納米盤PMs,分析了該PMs的TM2,1的模式特性隨著盤間間距g、模式數(shù)和單個納米盤的石墨烯化學(xué)勢變化之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明隨著間距g的變化,成鍵態(tài)和反鍵態(tài)各自的兩種模式頻率差減小。隨著模式數(shù)的增大,共振頻率會向短波長偏移。隨著石墨烯化學(xué)勢的變化,其頻率呈現(xiàn)出反交叉特性。并且研究了不同間距的關(guān)于x軸和y軸正對稱的模式隨著石墨烯化學(xué)勢的變化關(guān)系,研究結(jié)果表明:當(dāng)化學(xué)勢在0.4eV左右,隨著間距g的增大,共振頻率的平臺效應(yīng)越明顯,此時的Q值峰值有紅移的現(xiàn)象。其次,本文利用數(shù)值方法解析了基于石墨烯的三納米PMs,分析了該PMs的TM1,1模式特性隨著頂角角度的變化規(guī)律及其散射特性。由于石墨烯具有可調(diào)諧性,因此我們分別計算了石墨烯化學(xué)勢等于0.5eV和0.6eV的PMs模式特性和散射特性。研究結(jié)果表明隨著頂角角度的增大,該PMs的對稱性被破壞,簡并模式開始分裂,相鄰的兩個模式之間的等離激元能量變化規(guī)律相反。利用等離激元能量譜圖得到該PMs的散射特性。最后,改變?nèi){米盤PMs的對稱性方式,分析該PMs的模式特性及其散射特性隨著納米盤的半徑大小以及石墨烯化學(xué)勢變化的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:隨著納米盤半徑以及石墨烯化學(xué)勢的變化,PMs的對稱性遭到破壞,簡并模式開始分裂,等離激元能量隨著半徑的減小或者化學(xué)勢的增大而增大,Q值的變化規(guī)律與等離激元能量的變化規(guī)律一致。與變化頂角角度方法一致,利用等離激元能量譜圖,得到該PMs的散射特性。
[Abstract]:Similar to atomic and molecular systems, the surface plasmonic molecules plasmonic moles (PMs) are interacted by various plasma modes. These behaviors are mainly due to the high Q value of Fano resonance, slow light light and electromagnetically transparent Induced transparent due to plasma modes and external excitation. Because of its high sensitivity, flexible structural design and sensitivity to environmental change, it has important applications in the fields of basic science, information processing, biochemistry, etc. Traditional plasma materials are mainly precious metals, such as gold and silver, However, once their structures are fixed, the properties of their surface Plasmon polarities are fixed. Another reason for the limitation of SPPs properties based on metals is that the SPPs loss propagating on the surface of metals is high. Graphene is a two-dimensional material consisting of a single layer of carbon atoms. Because of its special band structure and excellent properties, the graphene is used as the material platform to construct PMs.Finite-element method (FEM) is used to study the intrinsic light field properties and far-field extinction spectrum properties of graphene PMs. The specific contents of the study are as follows: first of all, The relationship between the mode characteristics of the PMs TM2O1 with the interdisc spacing, the number of modes and the chemical potential of graphene in a single nano-disk is calculated. The results show that the mode characteristics vary with the spacing g. The frequency difference between the bonding state and the antibonding state decreases. With the increase of the number of modes, the resonance frequency shifts to the short wavelength, and with the change of the chemical potential of graphene, In addition, the relationship between the positive symmetry modes of x axis and y axis with the chemical potential of graphene is studied. The results show that when the chemical potential is about 0.4 EV, the distance g increases with the increase of the chemical potential. The more obvious the platform effect of resonance frequency, the redshift phenomenon of Q peak value. Secondly, In this paper, three nanometre PMs based on graphene are analyzed by numerical method. The variation of TM1 / 1 mode characteristics and scattering characteristics of the PMs with angle of vertex are analyzed. Because graphene is tunable, Therefore, we have calculated the PMs mode characteristics and scattering characteristics of graphene chemical potential equal to 0.5eV and 0.6eV respectively. The results show that the symmetry of the PMs is destroyed with the increase of the angle of vertex, and the degenerate mode begins to split. The law of energy variation between the two adjacent modes is opposite. The scattering characteristics of the PMs are obtained by using the energy spectrum of the isophosphors. Finally, the symmetry of the PMs of the three nanometre disks is changed. The mode characteristics and scattering characteristics of the PMs are analyzed with the change of the radius of the nano-disk and the chemical potential of graphene. The results show that the symmetry of the PMs is destroyed with the change of the radius of the nano-disk and the chemical potential of graphene. The degenerate mode begins to split, and the variation of the equal-exciton energy increases with the decrease of the radius or the increase of the chemical potential, which is consistent with the variation of the isobaric energy, and is consistent with the method of changing the angle of the vertex. The scattering characteristics of the PMs are obtained by using the energy spectral diagram of the isotherm.
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O613.71;O485

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本文編號：1605256