【摘要】：針尖增強(qiáng)拉曼光譜(TERS)和掃描隧道顯微鏡(STM)誘導(dǎo)分子發(fā)光是兩種在納米尺度上探究分子、電子、光子、聲子以及等離激元之間相互作用和轉(zhuǎn)化的重要研究方法,而納腔等離激元對這兩種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)具有十分重要的意義。本論文先用針尖增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù),通過納腔等離激元對單分子拉曼信號的增強(qiáng)作用和局域響應(yīng),從實(shí)驗(yàn)上研究了分子在金屬表面的吸附行為。然后利用量子主方程的方法,從理論上研究了納腔等離激元與單分子之間的相互作用,探討了納腔等離激元在掃描隧道顯微鏡誘導(dǎo)分子發(fā)光中的作用問題。在第一章中,我們介紹了本論文所做工作的基本原理和研究背景。首先從表面極化等離激元、局域表面等離激元等方面介紹了表面等離激元光子學(xué);接著在掃描隧道顯微鏡和納腔等離激元的基礎(chǔ)上,介紹了針尖增強(qiáng)拉曼光譜和掃描隧道顯微鏡誘導(dǎo)分子發(fā)光的基本原理;最后引出本論文的主要工作和研究內(nèi)容。在第二章中,我們通過納腔等離激元對單分子光譜信號的增強(qiáng)作用,用針尖增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)研究了還原性卟啉分子在Ag(100)表面的吸附行為。通過STM圖像和TERS光譜,我們發(fā)現(xiàn)還原性卟啉分子在Ag(100)表面有三種吸附類型。結(jié)合以往文獻(xiàn)報(bào)道和Ag(100)表面分子吸附區(qū)域附近的原子分辨晶格圖像,我們認(rèn)為這三種吸附類型分別對應(yīng)還原性卟啉分子在Ag(100)表面Hollow位、Bridge位和Top位的吸附。我們進(jìn)一步對這三種吸附類型進(jìn)行了 STM操作,結(jié)合STM圖像和TERS光譜,我們發(fā)現(xiàn),在分子中心進(jìn)行操縱時(shí),第二種吸附類型和第三種吸附類型均可以向第一種吸附類型轉(zhuǎn)變;在分子瓣上進(jìn)行操縱時(shí),第一種吸附類型和第二種吸附類型的分子構(gòu)型可以隨著分子瓣依次被“壓下去”而改變。此外,通過對分子內(nèi)不同位置進(jìn)行TERS測量,發(fā)現(xiàn)分子中心、分子瓣上和分子瓣間隙的TERS光譜是不一樣的。最后,我們還測量了 NaCl島上的還原性卟啉分子的TERS光譜,發(fā)現(xiàn)NaCl島表面的TERS光譜與Ag(100)表面的TERS光譜有所不同,與粉末樣品的拉曼光譜吻合得更好一些,這說明NaCl島減弱了銀襯底與分子之間的相互作用,起到了一定的脫耦合作用。以上針對不同吸附類型的TERS鑒別,充分展示了 TERS技術(shù)中納腔等離激元的高度局域性以及由此所帶來的超高分辨探測能力。為了進(jìn)一步探究等離激元與單分子的相互作用,在第三章中,我們用量子主方程的方法,從理論上研究了當(dāng)分子或者等離激元分別被激發(fā)的情形下等離激元-分子耦合體系的時(shí)間演化和光譜性質(zhì),并在此基礎(chǔ)上討論了納腔等離激元在掃描隧道顯微鏡(STM)誘導(dǎo)發(fā)光中發(fā)揮的不同作用。當(dāng)STM針尖在分子上方,隧穿電子可以直接激發(fā)分子,此時(shí)等離激元的主要作用是通過提高分子的輻射速率來增強(qiáng)其發(fā)光,并且耦合體系表現(xiàn)出分子特征的尖銳發(fā)光峰。另一方面,當(dāng)STM針尖很靠近分子邊緣但沒有載流子注入到分子時(shí),等離激元-分子相互作用在這兩個(gè)量子客體之間產(chǎn)生相消干涉,從而使等離激元發(fā)射譜中在分子光學(xué)能隙附近出現(xiàn)法諾凹谷。最后,我們還討論了分子輻射速率對分子發(fā)光光譜線型的影響。
【圖文】：

ｔ逡逑圖１．１兩種新的振蕩模式。（ａ）表面極化等離激元；（ｂ）局域表面等離激元逡逑如圖１．２（ａ），ＴＭ偏振的電磁波入射到金屬平面與電介質(zhì)界面時(shí)能夠激發(fā)ＳＰＰ。逡逑這里，ｚ２０的區(qū)域?yàn)殡娊橘|(zhì)，介電常數(shù)是＆，而ｚ＜０的區(qū)域?yàn)榻饘伲殡姵?shù)逡逑是心＝心由麥克斯韋方程組和邊界條件，我們可以求得ＳＰＰ的色散關(guān)系：逡逑１逡逑

ＳＰＰ色散曲線［４】逡逑至此，我們得到了金屬平面與電介質(zhì)界面的ＳＰＰ的色散關(guān)系，即（１－２），和逡逑色散曲線，即圖１．２（ｂ），其中，實(shí)線是ＳＰＰ的色散曲線，虛線是光錐線。從圖１．２（ｂ）逡逑可知，在同一頻率下，總是有Ａｗ＞＆，也就是說光子的動量總是與ＳＰＰ的動量逡逑不匹配，光波無法在光滑平面上與ＳＰＰ耦合。因此，我們需要采用一定的方法，逡逑補(bǔ)償光波波矢。常用的方法有：帶電粒子轟擊激發(fā)，，棱鏡、光柵、波導(dǎo)耦合，強(qiáng)逡逑２逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O561

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王振林;;表面等離激元研究新進(jìn)展[J];物理學(xué)進(jìn)展;2009年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 江嵩;針尖增強(qiáng)拉曼散射在納米結(jié)構(gòu)識別中的應(yīng)用[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

2 張堯;針尖等離激元增強(qiáng)單分子光譜的理論模擬[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

3 趙愛迪;分子尺度量子態(tài)探測與調(diào)控的掃描隧道顯微學(xué)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

本文編號：2667726