金纳米环双体尺寸和耦合效应对表面等离子体共振特性的影响

采用离散偶极子近似方法系统地研究了金纳米环双体的消光光谱及其电场分布. 计算结果表明, 金纳米环双体在耦合作用下的共振消光峰对应着不同振动模式, 改变金纳米环双体的排列方式、 间距和尺寸大小, 其表面等离子体共振消光峰发生红移或蓝移. 因此可以通过对金纳米环双体结构参数和排列方式的设定, 调节其表面等离子体共振消光峰的位置. 电场分布表明, 水平排列的金纳米环双体较单个金纳米环产生更强的局部表面增强电场. 适当的小间距, 较大的内外半径的金纳米环水平阵列更适合做表面增强拉曼散射的衬底, 在生物分子检测等领域具有潜在的应用.     

偏振方向及结构间耦合作用对空心方形银纳米结构表面等离子体共振的影响

空心方形纳米结构能够激发更大面积的增强电场,故其可以作为衬底用于表面增强拉曼散射.应用离散偶极子近似算法研究了空心方形银纳米结构的消光光谱及其近场电场分布与入射光偏振方向之间的关系.研究表明,空心方形银纳米结构的表面等离子体共振峰不随入射光偏振方向的改变而移动,但是其表面增强电场分布却强烈地依赖于入射光的偏振方向.另外,还讨论了空心方形银纳米结构间的耦合作用对其表面等离子体共振模式的影响.结果发现,可以通过调节结构间的距离来改变结构间的耦合作用,同时改变了表面等离子体共振峰的位置.这些结果将为理解闭合纳米 关键词： 空心方形银纳米结构 表面等离子体 偏振 电场耦合     

金纳米颗粒的有序制备及其光学特性

采用纳米球蚀刻技术在石英衬底上制备了不同高度的金纳米颗粒阵列.通过扫描电子显微镜对其表面形貌进行了观测,表明金纳米颗粒为有序分布的三棱柱结构.通过红外—紫外吸收光谱仪在190—900nm波长范围内对其光吸收特性进行了测量, 并成功观测到了金纳米颗粒表面等离子体振荡效应引起的光吸收峰,结果表明随着金纳米颗粒高度的增加,其吸收峰的位置向短波方向移动(蓝移).同时对金纳米颗粒的光吸收特性进行了基于离散偶极子近似的理论计算,并与实验结果进行了比较. 关键词： 纳米球蚀刻技术 金纳米颗粒 离散偶极子近似     

十字形银纳米结构的表面等离子体光子学性质

本文应用离散偶极子近似方法计算了十字形银纳米结构的消光光谱及其近场电场强度分布. 研究表明相比于单根纳米棒, 十字形纳米结构能够提供更强的表面电场; 由于相邻凸起间的电场耦合作用, 当入射光的偏振方向改变时, 在十字形纳米结构的侧表面总能激发出较强的电场.另外, 本文还系统地研究了十字形纳米结构的形貌参数对其表面等离子体共振峰的影响. 这些结果将会指导十字形纳米结构的制备, 以满足其在表面增强拉曼散射中的应用.     

应用平行隔板增强纳米球表面电场

球形纳米粒子已经被广泛地应用于表面增强拉曼散射.为进一步提高纳米球表面电场,从而提高表面增强拉曼散射信号强度,本文设计了平行隔板纳米球结构.离散偶极子近似计算结果表明,应用平行隔板后,纳米球表面电场得到了大幅度增强,故平行隔板纳米球结构更适合作为表面增强拉曼散射衬底,用于生物分子探测.另外,本文还系统地研究了平行隔板结构参数对整个平行隔板纳米球结构光学性质的影响. 关键词： 银纳米球 平行隔板 表面等离子体 离散偶极子近似     

内嵌圆饼空心方形银纳米结构的光学性质

采用离散偶极子近似方法计算了内嵌圆饼空心方形银纳米结构的消光光谱以及其近场的电场强度分布,并进一步与空心方形纳米结构的消光光谱和表面电场做比较.结果表明,在耦合作用下内嵌圆饼空心方形银纳米结构不仅产生了新的共振模式,而且新的共振模式在传统表面增强拉曼散射的激发波长范围内,进而可以弥补由于实验上运用纳米切片法所制备的空心方形纳米结构尺寸较大导致其共振吸收峰在远红外波长范围的不足.此外,可以通过改变内嵌圆饼空心方形银纳米结构的形貌参数调节其表面等离子体共振峰的共振波长,以满足在表面增强拉曼散射、生物分子或化学分子探测上的应用.     

金属复合纳米粒子的局域表面等离子体特性研究

提出了一种在银层上面覆盖一层金的四棱台复合纳米结构。采用离散偶极子近似(DDA)方法,针对光激发复合金属纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)进行研究,讨论了四棱台纳米粒子金银复合结构在不同尺寸、不同混合比等条件下的消光特性及折射率灵敏度。计算结果显示,在银层厚度为50 nm的四棱台纳米粒子上覆盖金层,其折射率灵敏度不变。同时,四棱台银纳米粒子厚度的增加会使其消光峰值波长蓝移。金材料比例的增加会使金银复合纳米结构的消光峰值波长红移。当金银复合结构的纳米粒子的厚度大于自由电子的平均自由程时,其局域表面等离子体激发强度不发生变化。     

利用时域有限差分法模拟金纳米球及球壳的光学特性

利用时域有限差分方法研究了金纳米球、金纳米球壳及多层球壳的消光特性及电场分布.结果表明:金纳米颗粒的几何参量对消光峰的位置有显著影响.随着SiO2核心半径的增大,金纳米壳的消光峰显著红移.随着金核心半径的增大,gold-silica-gold多层球壳消光谱的低能峰显著红移,而高能峰微弱蓝移.     

金、银纳米结构中的非局域吸收特性

采用时域有限差分方法（FDTD）研究金、银纳米结构的非局域吸收。对金属材料的Drude-Lorentz模型进行离散差分,详细推导各项迭代系数。研究一维、二维、三维金、银纳米结构的吸收特性。讨论一维分层纳米薄膜吸收率与材料的关系。结果表明：非局域分层介质板仍然符合等效介质理论。在一维、二维情况下,金、银纳米结构的非局域吸收峰只与纳米尺度相关而与材料无关。三维纳米结构的非局域吸收特性不仅与纳米尺度相关还与材料特性相关。三维纳米结构尺度更小,非局域效应表现也更为明显,吸收峰的蓝移也更大。因此,三维纳米颗粒有望在纳米材料以及纳米器件的研究中发挥更大的作用。     

三角缺口正三角形纳米结构的共振模式

设计了一个三角缺口三角形破缺纳米结构,它是从正三角形底边切掉一个三角切片所构成.应用离散偶极子近似方法研究了其消光光谱及表面电场分布.结果发现,该破缺纳米结构的消光光谱中出现了具有Fano共振的线形.分析表明,这个Fano共振线形是由绑定与反绑定混合表面等离激元模式相互作用所致.研究了三角缺口三角形纳米结构的结构参数对Fano共振的影响.     

Tunable multiple plasmon resonances and local field enhancement of nanocrescent/nanoring structure

According to the plasmon hybridization theory, the plasmon resonance characteristics of the gold nanocrescent/nanoring(NCNR) structure are systematically investigated by the finite element method. It is found that the extinction spectra of NCNR structure exhibit multiple plasmon resonance peaks, which could be attributed to the result of the plasmon couplings between the multipolar plasmon modes of nanocrescent and the dipolar, quadrupolar, hexapolar, octupolar,decapolar plasmon modes of nanoring. By changing the geometric parameters, the intense and separate multiple plasmon resonance peaks are obtained and can be tuned in a wide wavelength range. It is further found that the plasmon coupling induces giant multipole electric field enhancements around the tips of the nanocrescent. The tunable and intense multiple plasmon resonances of NCNR structure may provide effective applications in multiplex biological sensing.     

Adjustable plasmon resonance in the coaxial gold nanotubes

We propose the coaxial gold nanotubes for their transmission and plasmon resonances theoretically. We find that the transmission spectra are highly adjustable by tuning the thickness of the nanotubes, the separation and the dielectric constant between the inner and outer nanotubes. The resonance peaks close to the left forbidden band gap edge are strongly correlated with the dielectric constant, the inner and outer tube thickness, and the separation between the two tubes. Based on the localized nature of the electric field distributions, we show that local plasmon resonance modes result from hybridized resonances of multifold multipolar plasmon polaritons in the cross section of the coaxial nanotubes.     

五边形截面的Ag纳米线局域表面等离子体共振模式

五边形截面的单晶Ag纳米线对ZnO量子点荧光具有增强的现象. 为解释这一现象, 利用时域有限差分法对五边形截面的Ag纳米线的局域表面等离子体共振模式进行了理论模拟. 结果表明, 五边形截面的Ag纳米线在紫外区域存在两个消光峰, 分别由Ag纳米线的横向偶极共振(340 nm)和四极共振(375 nm)引起; 这两个消光峰与ZnO量子点荧光增强峰相一致, 而且随着Ag纳米线的半径增大而红移; 消光峰对应的共振模式取决于Ag纳米线的截面形状; 根据Ag纳米线电场增强倍数与激发光波长变化关系曲线可知, 最大增强电场位于五边形截面的顶点处, 而边线处电场增强较小. 理论模拟的结果较好地解释了Ag纳米线/ZnO量子点体系的荧光增强现象, 也为Ag纳米线在提高半导体材料发光效率、生物探测等方面的应用提供有益的参考.     

Plasmon resonance coupling in strongly coupled gold nanotube arrays with structural defects

We theoretically investigate the transmission spectra and the field distributions with different defects in the gold nanotube arrays by using the finite-difference time-domain method.It is found that the optical properties of the nanotube arrays are strongly influenced by different defects.When there are no defects in the central nanotube,the values of peaks located at both sides of the photonic band gap have their maxima.Based on the distributions of electric field component E x and the total energy distribution of the electric and the magnetic field,we show that mainly a dipole field distribution is exhibited for the plasmon mode at the long-wavelength edge of the band gap but higher order modes of the composite are excited at the short-wavelength edge of the band gap.The plasmon resonant modes can also be controlled by introducing defects.     

Design of plasmonic bowtie nanoring array with high sensitivity and reproducibility for surface‐enhanced Raman scattering spectroscopy

A metallic bowtie nanoring array is designed to gain high sensitive and reproducible substrate for surface‐enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy. The localized surface plasmon resonance (LSPR), the electric field enhancement factors (EFs) and the electric field distribution of the bowtie and bowtie nanoring array are numerically investigated by means of the finite‐difference time domain (FDTD) method. After the optimization of the particle size and the array period, the maximum electromagnetic field EF approaches 153, and the corresponding SERS electromagnetic enhancement factor (EMEF) reaches 5.4 × 10⁸. This highly sensitive and reproducible substrate can be a good candidate for SERS applications. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

椭圆截面金纳米管的局域表面等离激元共振特性研究

基于时域有限差分方法研究了几何形状、入射电场偏振方向、管壁厚度及内核和包埋介质的变化对椭圆截面金纳米管局域表面等离激元共振特性的影响.研究发现,当长轴固定时,短轴的减小将导致纳米管消光峰红移;入射电场偏振方向与椭圆长轴夹角的增大将导致消光峰红移;当颗粒整体尺寸不变时,管壁厚度减小同样会使得消光峰红移.此外,内核及包埋介质介电常数的增大均导致消光峰红移.利用等离激元杂化理论及自由电子和振荡电子竞争机理对上述现象进行了理论分析. 关键词： 消光光谱 局域表面等离激元共振 金纳米管 时域有限差分方法     

Scattering characteristics of relativistically moving concentrically layered spheres

The energy extinction cross section of a concentrically layered sphere varies with velocity as the Doppler shift moves the spectral content of the incident signal in the sphere's co-moving inertial reference frame toward or away from resonances of the sphere. Computations for hollow gold nanospheres show that the energy extinction cross section is high when the Doppler shift moves the incident signal's spectral content in the co-moving frame near the wavelength of the sphere's localized surface plasmon resonance. The energy extinction cross section of a three-layer sphere consisting of an olivine-silicate core surrounded by a porous and a magnetite layer, which is used to explain extinction caused by interstellar dust, also depends strongly on velocity. For this sphere, computations show that the energy extinction cross section is high when the Doppler shift moves the spectral content of the incident signal near either of olivine-silicate's two localized surface phonon resonances at 9.7 μm and 18 μm.     

纳米碳纤维导电性对红外消光性能的影响

纳米碳纤维是一种新型吸波材料。为探讨烟幕粒子的红外消光特性,利用矩量法建立了纳米碳纤维感应电流和散射场的计算模型,在此基础上得出了纳米碳纤维吸收、散射和消光截面的计算表达式。通过Matlab编程计算分析了纳米碳纤维红外消光截面与电导率的关系。结果表明,纳米碳纤维红外消光特性与电导率密切相关,随着电导率的增加,消光截面迅速增加,当波长大于纤维本身长度时,消光截面随电导率的变化出现峰值,峰值电导率与波长有关。