十字结构银纳米线的表面等离极化激元分束特性

金属纳米线波导可以将光局域在亚波长尺度内传播, 在纳米光子集成回路方面有着重要的作用. 本文应用有限元方法, 研究了十字结构银纳米线的表面等离极化激元分束特性. 结果表明, 不同模式的表面等离极化激元在十字结构三个分支的输出依赖于端面的几何结构参数. 此外, 研究还发现由于不同模式表面等离极化激元叠加, 在十字结构的分支上出现了周期性电场分布.     

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     

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     

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.     

金属纳米椭球结构表面的局域电场和吸附分子分布

过渡金属纳米结构表面吸附CO分子时会出现异常红外效应,这一现象可以用纳米结构表面吸附分子在外电场作用下产生局部凝聚从而相互作用能增加来解释.在前期研究的基础上,给出金属基底表面生长出的纳米颗粒为椭球状颗粒的理论计算结果.基于均匀外电场中金属纳米椭球颗粒按一定对称性排列的表面结构模型,用经典电磁学理论计算了纳米椭球颗粒表面附近的局域电场.在此基础上,将吸附的CO分子等效为偶极子,在考虑了偶极子与局域电场、偶极子之间以及偶极子与金属基底三种相互作用的情况下,用Monte-Carlo方法进行数值模拟,最后给出纳 关键词： 金属纳米结构表面 纳米椭球 吸附分子 局域电场     

表面纳米结构对过冷水形核的影响

采用分子动力学方法研究了电场作用下金属铝表面的不同纳米结构对过冷水形核的影响。在具有不同尺度表面结构的系统中,过冷水形核后均倾向于形成多晶结构。形核的过程不仅有六环结构的逐层生长同时也包含了冰相水分子间的聚并。此外,形核比较容易发生在亚表面层,光滑壁面附近的晶核比带结构表面附近的晶核具有更快的生长速度。     

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.     

介质光栅/金属薄膜与银立方体复合结构的SPs研究

理论设计了介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构,通过有限元方法数值模拟计算了该结构中的超高电场增强因子.使用442nm波长的激光作为表面等离子体的激发光源,研究不同尺寸银纳米立方体的消光谱以及不同光栅周期和厚度的反射光谱,得到的该复合结构的最优参数为:光栅周期312nm,厚度90nm,银纳米立方体70nm.在最优参数条件下,数值模拟了复合结构中的电场增强分布,介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构由于存在局域表面等离子体和传播表面等离子体的共振耦合,使得光栅脊与银纳米立方体下顶点接触处热点的电场增强因子高达1.53×106.该复合结构产生的超高电场增强因子,有望应用于表面增强拉曼散射的研究.     

纳米结构影响沸腾换热特性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟液体在纳米结构表面的快速沸腾过程.主要研究了纳米结构表面粗糙度以及栏栅形和棋盘形两种排列方式对液体快速沸腾过程以及换热特性的影响.研究结果表明,随着纳米结构表面粗糙度的增加,栏栅形和棋盘形纳米结构表面液体沸腾起始时间均提前.当栏栅形和棋盘形纳米结构表面粗糙度相同时,棋盘形纳米结构表面会进一步缩短液体沸腾起始时间.形成这种现象的原因是纳米结构表面粗糙度的增加,增加了固液接触面积,提高了初始时刻热通量,减小了固液界面热阻,导致表面附近液体动能增大,增大了液体高度方向的温度梯度,有利于液体发生沸腾.当纳米结构表面粗糙度相同时,棋盘形纳米结构表面具有较小的界面热阻,从而缩短了沸腾所需要的时间.     

利用Ag@SiO_2纳米粒子等离子体共振增强发光二极管辐射功率的数值研究

金属纳米粒子利用其局域表面等离子体共振效应(LSPR),可以增强附近荧光分子的自发辐射速率,因而在光学传感、光电器件等领域中具有潜在的应用价值.金属纳米粒子的LSPR与其自身的材料、形状、尺寸以及周围环境介质密切相关,这影响着纳米粒子在具体器件中的应用.本文利用三维时域有限差分法,研究了相同体积的球形、椭球形、立方形与三棱柱形银纳米粒子对薄膜发光二极管辐射功率的影响;计算了不同形状银纳米粒子对偶极子光源辐射功率和薄膜器件光出射强度的增强,并结合LSPR效应讨论了辐射功率变化的物理机理.研究结果表明:银纳米粒子自身形状尖锐程度的增加有利于提高LSPR的共振强度;同时纳米粒子的形状影响了LSPR共振电场与薄膜器件中偶极子辐射电场之间的耦合作用,其中立方形纳米粒子因为能实现最强的耦合作用而对器件的辐射功率增强最大.在此基础上进一步讨论了不同薄膜材料对LSPR共振及光源辐射功率的影响,发现较高的材料折射率有利于增强金属纳米粒子的LSPR与器件的耦合作用,从而改善发光二极管性能.     

Plasmon coupling in the double-sector structure

A silver nanostructure consisting of double sectors is proposed in this paper. In addition, the plasmon resonance and electric field enhancement have been investigated theoretically. It is found that, in this structure, the multiple resonances produce, which is tunable by the parameter of the structure. The localized electromagnetic fields can be produced at the tips of the structure. In addition, the enhanced electromagnetic fields can be observed between the sectors in a wide scale at the lower energy peak. The result of the investigation has great significance for the production of practical nanostructures and the improvement of possible applications.     

Self-assembly 2D plasmonic nanorice film for surface-enhanced Raman spectroscopy

As an ultrasensitive sensing technology, the application of surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) is one interesting topic of nano-optics, which has huge application prospectives in plenty of research fields. In recent years, the bottleneck in SERS application could be the fabrication of SERS substrate with excellent enhancement. In this work, a two-dimensional (2D) Ag nanorice film is fabricated by self-assembly method as a SERS substrate. The collected SERS spectra of various molecules on this 2D plasmonic film demonstrate quantitative detection could be performed on this SERS substrate. The experiment data also demonstrate this 2D plasmonic film consisted of anisotropic nanostructures has no obvious SERS polarization dependence. The simulated electric field distribution points out the SERS enhancement comes from the surface plasmon coupling between nanorices. And the SERS signals is dominated by molecules adsorbed at different regions of nanorice surface at various wavelengths, which could be a good near IR SERS substrate for bioanalysis. Our work not only enlarges the surface plasmon properties of metal nanostructure, but also exhibits the good application prospect in SERS related fields.     

金属纳米球-纳米圆盘结构中表面等离激元共振模式的电磁场增强研究

表面等离激元自诞生以来已有一百多年的历史,并逐渐形成了一门新的学科——表面等离激元光子学.位于金属纳米结构中的局域表面等离激元可产生非常显著的近表面电场增强,并成功应用于诸多研究领域当中,而对局域表面等离激元与外界入射光中磁场的相互作用的研究则相对较少.该研究在前期已有的研究基础之上模拟计算了金属纳米球-纳米圆盘结构间...     

Surface roughness assisted 100 kHz femtosecond laser induced nanostructure formation on silicon surface

Spontaneous nanostructure formations on roughened and smooth silicon surface by the femtosecond laser irradiation with the repetition rate of 100 kHz were systematically studied. In addition to the widely accepted so-called coarse ripple, which has the period analogous to the wavelength of the laser beam and aligns perpendicularly to the electric field of the incident laser beam, the ripple which has the period similar to the wavelength of the incident laser beam but aligns parallel to the electric field of the laser beam was observed on the roughened surface for the lower fluence and the higher number of pulse irradiation. Furthermore, the ensemble of dots formed by the enhancement of the local electric field was found on the roughened surface. This structure is preferentially formed around the scratches aligned perpendicularly to the electric field of the laser beam. These novel nanostructures are considered to be peculiar to the femtosecond laser irradiation and open the possibilities for precise control of the spontaneous nanostructure formation by femtosecond laser irradiation.     

Nanostructures, local fields, and enhanced absorption in intense light-matter interaction

Recent literature has reported impressive enhancements in hard-x-ray emission from short-lived solid plasmas by modulation of the interacting surface with nanostructures. We show that the modification of local electric fields near surface structures results in excessive absorption and enhanced x-ray production. A simple model based on local field variations explains the observed x-ray enhancements quantitatively.     

Theoretical studies on the near field properties of non-concentric core-shell nanoparticle dimers

The concentric core-shell nanoparticle dimers have “hot spots” with enhanced electric fields in their junctions, which can be used in the surface enhanced Raman spectra analysis. Here the non-concentric core-shell nanoparticle dimers are proposed by introducing a shift between the dielectric core and the metal shell. By using the three dimensional finite difference time domain method, the plasmon resonances and the near field properties of the core-shell nanoparticle dimers affected by the non-concentric shift, dimer separation, excitation wavelength and polarization are analyzed in detail. The results show that the local near fields of the non-concentric core-shell nanoparticle dimers can be much more enhanced than those of the concentric ones. Also the plasmon resonance wavelengths of the dimers can be effectively tuned by the non-concentric shifts between the core and shell. The proposed nanostructures can have great potential in various near field applications.     

Ag-Al纳米球二聚体的光学性质研究

金属纳米材料因其表面等离子体共振特性而备受关注。异质结构的金属纳米材料的光学特性相比于同质结构因其材料的不同破坏了原有结构的对称性,对称性的破坏将引起光学性质的改变,相邻两个颗粒之间的相互作用会产生Fano共振。Fano共振是由异质纳米结构的表面等离子体共振耦合引起的,通过合理地调控表面等离子体共振的耦合,将进一步调控Fano共振的强度同时促使异质结构的电场增强特性和辐射特性得到进一步优化。受金银等贵金属的带间跃迁影响,金属铝纳米材料成为研究紫外-近紫外光区的表面等离子体共振研究最佳选择。采用有限时域差分方法研究了Ag-Al纳米球二聚体的光学特性。研究了Ag和Al纳米球组成的二聚体的吸收光谱与入射光偏振方向、纳米球半径、颗粒间距和介质折射率等几何结构及物理参数的关系,并深入讨论了二聚体的局域场分布规律;讨论了获取更高效的Fano共振光谱的方法。由于材料的对称性被破坏,异质二聚体的光学性质与同质二聚体明显不同,Ag-Al异质纳米球二聚体呈现出在紫外和可见光区的双Fano共振现象。Ag-Al二聚体表面等离子体互相耦合引起Fano共振从而导致表面等离子体的共振抑制和增强。研究结果对在紫外-可见光区的表面等离子体应用、纳米光学器件的设计与开发及基于表面等离子体共振的表面增强光谱、生物传感和检测研究等有一定参考价值。     

径向偏振光束激发的金属纳米球-纳米圆盘间隙模式等离激元共振光谱特性研究

提出了一种可用于表面增强拉曼测量的基于金属纳米圆盘上方放置金属纳米球颗粒构成的金属纳米结构，其在径向偏振光束激发下，由于金属纳米圆盘的呼吸模式表面等离激元共振的作用，可以形成纵向电场有效增强的间隙模式等离激元共振。对此进行了有限元模拟计算研究，计算结果证明该间隙模式的纵向电场分量相对于径向偏振入射光的有效激发横向电场分量增强了100倍以上。为了更清晰地展现这种新型纳米结构的光谱特性以及表面电场分布特征，同时对单个金属纳米圆盘，单个金属纳米球，金属薄膜，金属纳米球-金属薄膜这几种纳米结构在同一个模拟计算框架下进行了计算以及比较分析。由于可以把金属纳米球类比为金属探针的尖端，所提出的新型间隙模式也有望在针尖型拉曼增强中得到应用。