極化激元學(xué)研究的是入射光光子與材料中各種粒子耦合形成的新的電磁場(chǎng)模式。對(duì)極化激元的研究本質(zhì)上都是求解麥克斯韋方程組的過程,是計(jì)算自由電子響應(yīng)、聲子響應(yīng)或其它響應(yīng)引起的負(fù)的材料介電常數(shù)實(shí)部下的感應(yīng)電磁場(chǎng)。極化激元是局域在材料界面?zhèn)鞑サ碾姶艌?chǎng),可以突破傳統(tǒng)的衍射極限,實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)尺度上的電磁場(chǎng)操控,增強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用,在信息、物理、化學(xué)、生物、能源等領(lǐng)域具有重要的研究意義和應(yīng)用。本文中我們給出了納米結(jié)構(gòu)、一維納米線體系、二維體系中極化激元研究的一般方法,分別對(duì)銀納米三角片,金納米團(tuán)簇,氮化硼（h BN）納米圓盤中的局域型極化激元,砷化銦半導(dǎo)體納米線中的一維傳播型極化激元,二維石墨烯和氮化硼中傳播型極化激元進(jìn)行研究:對(duì)于銀納米三角片局域型極化激元的研究,我們首先給出了利用邊界元法研究光學(xué)激發(fā)下銀納米三角片消光響應(yīng)的一般方法,再結(jié)合實(shí)驗(yàn)得到的DNA分子刻蝕的銀納米三角片的消光光譜,揭示了DNA分子在刻蝕過程中的具體線路以及不同的DNA分子在刻蝕銀納米三角片中的作用。利用邊界元法給出了計(jì)算了金納米團(tuán)簇的電子損失能譜的方法,結(jié)合不同直徑尺寸的金納米團(tuán)簇的電子損失能譜實(shí)驗(yàn),我們對(duì)直徑在4-15 n... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

不同材料中的極化激元(1)

低維材料極化激元近場(chǎng)光學(xué)性質(zhì)研究4圖1.2金屬中縱向體等離激元。Figure1.2Longitudinalvolumeplasmoninmetalbulk.另一方面，由于金屬中的體等離激元為縱波，而電磁波為橫波，因此其能量并不能耦合到體等離激元中即光學(xué)激發(fā)不能實(shí)現(xiàn)體等離激元的激發(fā)，在金屬結(jié)構(gòu)的光譜也不能看到體等離激元造成的光學(xué)吸收。但是在電子損失能譜(EELS)實(shí)驗(yàn)中，體等離激元可以吸收入射的電子束能量。如圖1.3所示，表示的是銀納米顆粒的EELS實(shí)驗(yàn)，在電子能量損失譜中出現(xiàn)了在對(duì)應(yīng)體等離激元的能量吸收峰(3.8eV)。另一方面，圖中3.3eV的能量損失峰對(duì)應(yīng)的是局域表面等離激元的吸收峰(21)。下面我們將對(duì)金屬球形納米結(jié)構(gòu)中的局域表面等離激元進(jìn)行介紹。圖1.3直徑20納米的銀納米顆粒STEM成像及電子損失能譜(21)。Figure1.3STEMimageofa20-nm-diametersilverparticleandtheassociateddeconvolutedEELSdata(21).對(duì)于納米結(jié)構(gòu)中的局域表面等離激元，首先我們考慮最簡(jiǎn)單的形式，即只考慮球形納米結(jié)構(gòu)中的局域表面等離激元中的偶極共振模式，不考慮其它高階共振模式。再根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)近似，即納米球尺寸遠(yuǎn)小于入射光波長(zhǎng)，其入射光場(chǎng)諧振相位在整個(gè)納米球上可以看作一個(gè)常數(shù)。因此，可以假設(shè)一個(gè)靜電場(chǎng)=0。根據(jù)拉普拉斯方程，納米球內(nèi)外勢(shì)場(chǎng)為：

低維材料極化激元近場(chǎng)光學(xué)性質(zhì)研究4圖1.2金屬中縱向體等離激元。Figure1.2Longitudinalvolumeplasmoninmetalbulk.另一方面，由于金屬中的體等離激元為縱波，而電磁波為橫波，因此其能量并不能耦合到體等離激元中即光學(xué)激發(fā)不能實(shí)現(xiàn)體等離激元的激發(fā)，在金屬結(jié)構(gòu)的光譜也不能看到體等離激元造成的光學(xué)吸收。但是在電子損失能譜(EELS)實(shí)驗(yàn)中，體等離激元可以吸收入射的電子束能量。如圖1.3所示，表示的是銀納米顆粒的EELS實(shí)驗(yàn)，在電子能量損失譜中出現(xiàn)了在對(duì)應(yīng)體等離激元的能量吸收峰(3.8eV)。另一方面，圖中3.3eV的能量損失峰對(duì)應(yīng)的是局域表面等離激元的吸收峰(21)。下面我們將對(duì)金屬球形納米結(jié)構(gòu)中的局域表面等離激元進(jìn)行介紹。圖1.3直徑20納米的銀納米顆粒STEM成像及電子損失能譜(21)。Figure1.3STEMimageofa20-nm-diametersilverparticleandtheassociateddeconvolutedEELSdata(21).對(duì)于納米結(jié)構(gòu)中的局域表面等離激元，首先我們考慮最簡(jiǎn)單的形式，即只考慮球形納米結(jié)構(gòu)中的局域表面等離激元中的偶極共振模式，不考慮其它高階共振模式。再根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)近似，即納米球尺寸遠(yuǎn)小于入射光波長(zhǎng)，其入射光場(chǎng)諧振相位在整個(gè)納米球上可以看作一個(gè)常數(shù)。因此，可以假設(shè)一個(gè)靜電場(chǎng)=0。根據(jù)拉普拉斯方程，納米球內(nèi)外勢(shì)場(chǎng)為：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于掃描探針技術(shù)的超分辨光學(xué)成像和譜學(xué)研究進(jìn)展[J]. 薛孟飛,陳佳寧.  物理. 2019(10)



本文編號(hào)：3267729