CuS半导体纳米盘合成及光学性能研究

采用高温有机相合成CuS纳米盘,并采用透射电子显微镜、X线衍射仪、紫外可见分光光度计和X线光电子能谱仪分析其形貌、晶相、电子能级结构和光学性质.采用Drude模型,计算分析CuS纳米盘空穴浓度为5. 5×10~(21)cm~(-3),在入射光的作用下产生的局域表面等离子体共振是CuS近红外吸收的主要来源.通过时域有限差分数值方法模拟研究发现CuS纳米盘结构中存在面内和面外两种表面等离激元共振模式,且面内模式对NIR吸收贡献最大,局域场的增强是面外模式结果的3倍,在未来的NIR光电器件性能增强领域具有重要应用前景.     

不对称纳米环/椭球二聚体的高阶表面等离激元共振特性

基于三维有限元法,研究了不对称纳米环/椭球二聚体的表面等离激元共振和局域场增强光学特性。结果可得可调的高阶表面等离激元共振,这样的高阶共振源于纳米环和纳米椭球之间的等离激元耦合。同时,在两个纳米结构耦合下,在纳米椭球上可以观察到环形电流,其产生了增强的局域电磁场。数值模拟结果表明,纳米环/椭球二聚体的偏心方向和偏心率对表面等离激元共振有着重要的影响。此结果在表面增强光谱学和生物传感方面都有着潜在的应用。     

Ag@Au双金属纳米颗粒的制备和表征

采用种子生长法制备了银纳米颗粒,通过电置换反应将单金属银颗粒转变为中空金银双金属纳米颗粒.电镜表征及吸收光谱的结果表明,通过控制种子溶液的加入量、超声时间和离心次数等条件,能够有效调控金属纳米颗粒的尺寸以及局域表面等离激元的共振峰位与目标分子匹配;进而可以利用配体交换反应在金属纳米颗粒表面包裹TDBC分子薄膜,实现表面等离激元-分子激子的强耦合.     

基于纳米颗粒阵列与法布里-珀罗干涉结构的超灵敏传感器设计

当前的等离激元传感主要基于表面等离极化激元和局域表面等离激元共振两种模式.然而基于表面等离极化激元的传感需要精确的入射角度及多种光学元器件的配合方能使用;而基于局域表面等离激元共振的传感由于共振线宽较宽导致其灵敏度和品质因数(figure of merit,FOM)不够高.设计了一种基于纳米颗粒/间隔层/反射层结构的具...     

材料特性对球壳颗粒LSPR特性影响

本文基于偶极近似理论,利用计算机模拟仿真了在准静态条件下的金属纳米球壳结构的局域表面等离激元强度最强时满足的条件,分析了增益介质的介电函数实部和虚部值与共振波长间的关系.     

基于表面等离激元的量子相干效应的理论研究

起源于金属中自由电子集体振荡的表面等离激元,具有超小的光学模式体积和亚波长局域的近场增益,为纳米尺度上研究光和物质相互作用带来新的机遇．共振的纳米金属结构的近场区域,具有各向异性的珀塞尔系数,并且可以为量子体系提供近场激发．我们理论上演示了基于表面等离激元结构的单分子共振荧光、原子布居数的本征量子拍频及其在表面等离激元结构中的纳米尺度上的实现、表面等离激元诱导的各向异性珀塞尔系数导致的亚波长尺度自发辐射谱线的变化．这些结果在超紧凑的有源量子器件中有潜在应用．     

双开口劈裂方环/方形环中磁法诺共振的调控

基于有限元法,从理论上研究了双开口劈裂方环/方形环纳米结构(double split ringsquare ring,DSR-SR)中的等离子体共振和局域电磁场增强等光学特性.由于方形内环的亮模式和双开口劈裂环的暗模式的相互干涉,在该结构中产生了磁法诺共振现象,通过改变该结构的几何参数,可以实现对共振峰位置和强度的有效调控.计算结果表明,该结构中的共振峰对周围介质折射率变化敏感,品质因子最高可达到25.3,并且各共振峰处的局域电场和局域磁场都有很大增强.基于该结构的这些性质,它可以应用于传感器、多光谱表面增强光谱学、低损耗的磁性等离激元的传播和其他基于磁性法诺的光学器件.     

表面等离激元光学力研究进展

当一束光照射在物质上,光子与物质发生动量交换,部分动量转移到物质,等效于对物质产生作用力,称为光学力.这一作用力非常弱,一般在pN甚至更小的量级,但一定条件下,仍足以捕获和操纵纳米、微米尺度的物体.在金属纳米结构中,由于表面等离激元共振效应,诱导的局域电场可以产生增强的光学力,可以在亚波长尺度实现光操纵,并且由此衍生出一个极具吸引力的研究方向——表面等离激元光学力.本文介绍了利用金属纳米结构进行表面等离激元光学力操纵的最新研究进展.     

金属双纳米棒表面等离子体耦合共振特性研究

本文利用离散偶极子近似法,研究金纳米棒双体结构之间的表面等离子体耦合共振特性,发现当金属双纳米棒之间的排列方式和间距改变时,其表面等离子体共振消光峰发生红移或者蓝移,适当间距的金纳米棒双体结构可以产生更强的局域表面增强电场. 本文对于金纳米棒双体结构的计算结果对于金纳米棒在生物传感方面应用具有一定的参考价值.     

局域表面等离子体增强锗的光电响应特性

局域表面等离子体共振(local surface plasmon resonance,LSPR)因其对光独特的响应特性而在纳米光电子领域成为研究的重点.作为重要的微电子材料,锗在近红外波段的光电响应较弱,而把局域表面等离子体应用在锗材料中,必然会改善锗的光电响应特性.利用时域有限差分(finite difference time domain,FDTD)法,详细研究了1,2,3个银纳米颗粒嵌入锗中的消光光谱.结果发现,在可见光以及近红外比较宽的波长范围内,这种复合结构可以有效增强锗的光电响应特性,且多个孤立的银纳米颗粒会表现出与1个银纳米颗粒不一样的光电响应特性.同时,LSPR导致的光响应特性与光源的偏振、颗粒尺寸、颗粒个数以及颗粒之间的距离有依赖关系.这一结果不仅对锗在光电子领域的应用有重要意义,也可以拓宽局域表面等离子体在纳米光电子领域的应用范围.     

Ag纳米孔阵列中的表面等离子体特性及其相关光学性能

Ag纳米孔阵列因为反常光学透射现象而在基础研究领域和应用研究领域受到广泛关注。目前有关金属孔阵列结构EOT现象的起因还没有得出一个完整清晰的物理机制,这是由于金属孔阵列中存在着复杂的表面等离子体特性。论文基于时域有限差分技术,采用FDTD Solutions软件对Ag纳米孔阵列的光学性能与孔的形状、孔阵列的周期以及薄膜厚度间的关系进行了仿真研究,并对光学现象背后的物理机制——Ag纳米孔阵列中的表面等离子体耦合特性进行了仿真分析。研究结果表明:局域表面等离子体共振和表面等离子体激元间的耦合将会对Ag纳米孔阵列的光学性质产生重要的影响,其中孔形对局域表面等离子体共振和表面等离子体激元间的耦合影响巨大。Ag矩形纳米孔阵列展现出了有趣的光学行为:上、下表面金属表面等离子体激元间的反对称耦合模式,以及靠近矩形纳米孔两长边的局域表面等离子体共振间的反对称耦合模式分别被激发了。     

锑烯纳米结构等离激元的第一性原理研究

利用含时密度泛函理论(time-dependent density functional theory(TDDFT)),研究了锑烯纳米结构表面等离激元的激发特性,并给出了微扰场沿着扶手椅边界和Z字边界激发时锑烯纳米结构的吸收光谱.结果表明沿不同的方向激发,吸收光谱不同.距锑烯纳米结构表面0.9处的能量共振点的电荷密度分布表明,在低能共振区,等离激元共振属于键合二聚体的等离激元模式(BDP).     

偏振方向对H型金纳米结构光热性质影响的研究

采用离散偶极近似方法(DDA)计算了在不同偏振方向的入射光激励下,H型金纳米结构在水介质环境中的共振吸收光谱及近区电磁场分布;在此基础上,利用付里叶热传导定律数值模拟了该结构产生的热效应。结果表明:该金属纳米结构在近红外波段存在两个主要等离激元共振模式,在单一波长的共振光激励下,改变入射光的偏振方向可调节吸收峰值大小;同时,也可以有效地调节结构的近场电磁场耦合作用,在结构周围形成高度限定的局域热增强现象,在较大的温差范围内调控该结构及其周围介质环境的局域温度。     

空心方形银纳米结构的光学性质

应用离散偶极子近似方法计算了空心方形银纳米结构的消光光谱及其近场电场分布,并与U形银纳米结构的计算结果进行了比较. 结果发现, 空心方形纳米结构和U形纳米结构具有不同的电子振动模式; 在主共振峰波长入射时, 空心方形纳米结构拥有更强的电场增强和更大面积的强电场分布. 这些结果表明空心方形纳米结构更适合于作为表面增强拉曼散射的基底, 并用于生物分子或者化学分子的探测. 另外, 可以通过改变空心方形纳米结构的边长和尺寸来调节其等离子体共振峰的位置, 以满足其在表面增强拉曼散射等等离子体光子学方面的应用.     

高密度有序银纳米球阵列的模板辅助退火制备

纳米结构的有序性对表面拉曼增强光谱（SERS）的均匀性起决定性作用,然而如何大面积制备有序的超高密度贵金属纳米结构依旧是个挑战. 文中提出了一种通过模板辅助退火方法,用于大面积制备结构可控、高密度有序的银纳米球阵列,研究了退火温度、压强和银膜厚度对银纳米球阵列形貌结构的影响. 制备的高密度有序银纳米球阵列可以进一步应用于SRES基底.     

核/壳型纳米银球的局域表面等离子体共振调谐特性研究

利用离散偶极子理论数值模拟了核/壳结构纳米银球局域表面等离子体共振调谐特性,并应用等离子体杂化理论对其数值结果进行了解释。研究结果表明:对于固定的球壳结构,当改变内核介质的介电常数与内核结构尺寸时,其等离子体共振峰发生了明显的移动现象;对于固定的内核结构,当外核厚度变化时能有效实现共振峰的调控。     

环形石墨烯纳米结构的等离激元激发

基于含时密度泛函理论,研究了环形石墨烯纳米结构的等离激元激发.在低能共振区,和同尺度大小的石墨烯纳米结构相比,环形石墨烯纳米结构光谱的主要吸收峰发生了红移;体系中有两种主要的等离激元共振模式:低能成键模式和高能反键模式.此外,环形石墨烯纳米结构的等离激元激发对体系尺度的大小也有一定的依赖性.     

金属微纳结构有序阵列中Fano共振的产生条件

本文研究了由椭圆形金纳米颗粒组成的周期阵列在对称介质环境以及放置在介质波导表面两种体系下的Fano共振特性．我们将衍射表面波或波导本征模调谐到金纳米颗粒的局域等离激元共振频率附近,使其满足了通常意义上Fano共振产生的条件,即窄线宽和宽线宽的模式在共振能量上的重叠．我们发现,当仅满足这一条件时,Fano共振并不能被有效激发．我们通过对共振模式场分布的研究分析,阐述了Fano共振的激发还必须满足两种不同线宽的模式需要具有相同的电场分量．我们的研究结果将有助于更好地理解Fano共振的物理意义,对于设计基于Fano共振的微纳光子结构和器件有着重要的指导意义．     

基于局域表面等离子体共振特性的高灵敏度凝血酶检测

用核酸适体修饰的纳米金共振散射光谱探针可实现对微纳空间内凝血酶的特异性识别与检测.提出了一种基于局域表面等离子体共振-暗场显微光谱联用技术的分析方法,研究了局域在金纳米粒子表面的生物分子的识别过程对局域表面等离子体共振散射光谱的影响.研究了单颗粒纳米粒子的形貌特征,实现了单分子层面上生物分子识别过程的追踪.     

金属纳米颗粒增强太阳能电池光吸收效应研究

采用Mie理论,对球形纳米金属颗粒进行数值计算,研究了金属纳米颗粒在发生表面等离激元共振时表现出的散射效应.改变金属材料类型或者颗粒尺寸大小,金属纳米球的散射效率均发生不同程度的变化.这一现象表明:金属纳米颗粒的散射效应受材料类型和尺寸大小的影响显著.计算结果表明,半径为100nm的Ag纳米颗粒在发生表面等离激元共振时,散射效率最高,吸收效应最弱.