表面等離子激元是存在于金屬-介電材料界面的自由電子的集體相干振蕩。它分為局域表面等離子激元和傳播表面等離子激元兩種。在金屬-介電材料界面和金屬之間的納米間隙附近,光的能量密度及局域電場(chǎng)強(qiáng)度得以極大增強(qiáng),形成“熱點(diǎn)”。所以,表面等離子激元可以在納米光子學(xué)系統(tǒng)中有效地促進(jìn)光和物質(zhì)的相互作用。這個(gè)顯著的特點(diǎn)使其在納米激光、太陽(yáng)能電池、催化、生化傳感、表面增強(qiáng)拉曼散射等應(yīng)用中具有廣泛的研究?jī)r(jià)值。制備高性能表面等離子激元納米結(jié)構(gòu),又方便后續(xù)的應(yīng)用是研究學(xué)者們孜孜不倦追求的目標(biāo)。本文在實(shí)驗(yàn)和理論中設(shè)計(jì)低維納米材料復(fù)合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)表面等離子激元,討論生長(zhǎng)參數(shù)和填充組分對(duì)表面增強(qiáng)拉曼散射的影響。利用物理氣相沉積熱蒸鍍法、退火工藝和化學(xué)合成法制備均勻的金屬納米結(jié)構(gòu),利用化學(xué)氣相沉積法和前驅(qū)體熱分解法制備大面積的、高質(zhì)量的石墨烯和二硫化鉬新型二維材料薄膜,為表面等離子激元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)做前期準(zhǔn)備。利用理論模擬軟件對(duì)表面等離子激元結(jié)構(gòu)的局域電場(chǎng)分布進(jìn)行設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)局域場(chǎng)增強(qiáng)。將理論設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)制備相結(jié)合,制備性能優(yōu)異的表面增強(qiáng)拉曼散射基底,通過(guò)對(duì)羅丹明6G分子的檢測(cè)驗(yàn)證拉曼增強(qiáng)基底指標(biāo)。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),將制備的表面等離子... 

【文章來(lái)源】：山東師范大學(xué)山東省

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖1.1兩種類型的表面等離子激元示意圖：（a）金屬納米球支持的局域表面等離子激元（b）金

山東師范大學(xué)博士學(xué)位論文30，這就是貴金屬（如銀、金和銅等）在紫外到紅外波段產(chǎn)生等離子激元共振的條件。與傳統(tǒng)的貴金屬材料相比，新型的薄膜二維材料包括碳基材料（例如石墨烯）和過(guò)渡金屬硫化物（例如二硫化鉬）等，表面等離子激元產(chǎn)生在紅外波段。不同材料的表面等離子激元共振所覆蓋的波長(zhǎng)范圍如圖1.2所示[1]。圖1.2不同材料的表面等離子激元共振所覆蓋的波長(zhǎng)范圍[1]。局域表面等離子激元是金屬納米結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)電子和電磁場(chǎng)耦合的結(jié)果。我們能看出在振蕩的電磁場(chǎng)中，這些模矢來(lái)自于亞波長(zhǎng)尺寸金屬納米結(jié)構(gòu)的散射問(wèn)題。因此，受光照刺激，在金屬納米結(jié)構(gòu)里面或者外面近場(chǎng)區(qū)域，共振產(chǎn)生并引起電場(chǎng)增強(qiáng)。為了探究表面等離子激元的物理機(jī)制，首先要考慮金屬納米結(jié)構(gòu)與電磁波的相互作用是否達(dá)到共振條件，隨后研究金屬納米結(jié)構(gòu)形貌、尺寸、以及結(jié)構(gòu)之間的耦合效應(yīng)的等離子激元共振來(lái)進(jìn)一步討論阻尼過(guò)程。除了金屬納米結(jié)構(gòu)可以支撐局域表面等離子激元共振，一些介電材料耦合進(jìn)金屬納米結(jié)構(gòu)或者修飾在表面或者作為殼層可以作為增益媒介，也為局域表面等離子激元共振創(chuàng)造了條件。假設(shè)一個(gè)尺寸為a的金屬納米顆粒和一個(gè)波長(zhǎng)為電場(chǎng)相互作用，這里我們可以用簡(jiǎn)單準(zhǔn)靜態(tài)近似（a）來(lái)分析。因此，一個(gè)諧波振蕩的電場(chǎng)對(duì)尺寸很小的顆粒來(lái)說(shuō)相位是恒定的，所以利用簡(jiǎn)單準(zhǔn)靜態(tài)近似可以計(jì)算出顆

山東師范大學(xué)博士學(xué)位論文4粒的空間電場(chǎng)分布，然后再把時(shí)間加入已知解中。下面我們舉個(gè)例子來(lái)求解：如圖1.3，一個(gè)半徑為a的均勻金屬納米顆粒位于一個(gè)均勻的靜電場(chǎng)0E=Ez中，周圍媒介是非吸收和各向同性的，介電常數(shù)為d，電場(chǎng)線平行于z軸并且與金屬納米顆粒距離足夠遠(yuǎn)，金屬納米顆粒的介電響應(yīng)可以描述為一個(gè)函數(shù)()（暫時(shí)寫(xiě)為一個(gè)簡(jiǎn)單復(fù)數(shù)）。用簡(jiǎn)單準(zhǔn)靜態(tài)近似方法，關(guān)于電勢(shì)的Laplace方程：2=0，（1.7）因此，我們能得到電場(chǎng)：E=，（1.8）圖1.3處于靜電場(chǎng)中的金屬納米顆粒示意圖。這里方程的一般解為：(1)0(,)[](cos)llllllrArBrP+==+，（1.9）其中，(cos)lP是l階勒讓德多項(xiàng)式，是向量P與z軸的夾角。此體系滿足邊界條件電勢(shì)保持不變，因此可以得到：in0(,)(cos)llllrArP==，(1.10)(1)out0(,)[](cos)llllllrBrCrP+==+。(1.11)其中，lA、lB和lC由邊界條件r→和納米顆粒表面r=a確定，當(dāng)r→時(shí)，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]表面等離子共振生物傳感技術(shù)及儀器化的過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)[J]. 定翔,余興龍,耿俊清.  現(xiàn)代科學(xué)儀器. 2012(03)



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