一维原子链局域等离激元的非线性激发

本文基于含时密度泛函理论, 研究了不同频率光脉冲场作用下一维钠原子链中电子的输运与等离激元共振之间的耦合规律. 在等离激元共振点附近约0.8 eV频率范围内的光脉冲场, 都可以激发体系的等离激元共振. 这些不同频率外场激发的等离激元共振强度大小在一个数量级. 外场频率越接近等离激元共振频率, 外场激起的等离激元振动的振幅越大. 对于线性原子链等离激元的非线性激发现象, 本文用经典谐振子模型给出了定性解释.     

局域表面等离激元

局域表面等离激元使得贵金属纳米颗粒具有丰富的光学性质,其应用涵盖能源、生物医学、安全、信息、超材料等诸多领域。文章简要介绍局域表面等离激元的基本性质、贵金属纳米结构中的局域表面等离激元共振耦合以及具有局域表面等离激元特性的贵金属纳米结构的一些重要应用。     

局域表面等离激元

局域表面等离激元使得贵金属纳米颗粒具有丰富的光学性质,其应用涵盖能源、生物医学、安全、信息、超材料等诸多领域。文章简要介绍局域表面等离激元的基本性质、贵金属纳米结构中的局域表面等离激元共振耦合以及具有局域表面等离激元特性的贵金属纳米结构的一些重要应用。     

表面等离激元与磁表面等离激元

金属微纳结构体系中的表面等离激元以及磁表面等离激元因其独特的光学特性吸引了研究者们的极大兴趣,成为当前的热点研究领域之一.文章对表面等离激元尤其是磁表面等离激元的特点、基本现象、新颖效应及其应用研究前景的最新发展进行了介绍.     

三维紧束缚电子气的等离激元理论

本文采用紧束缚近似方法计算了三维电子气系统的集体激发行为. 在简单立方、体心立方、面心立方三种结构情形下, 提出了一种矩阵表述方法, 通过引人矩阵密度关联函数, 在无规周相近似(R PA )下有效地处理了系统的等离激元问题. 关键词：     

等离激元增强的石墨烯光吸收

石墨烯中等离激元具有特殊的光电性质,其和入射光的强烈耦合可以引起光吸收的增强.本文基于时域有限差分法和多体自洽场理论研究了等离激元对处于光学谐振腔中的石墨烯光吸收的影响.由于石墨烯中等离激元与入射光动量和能量不匹配而不能直接相互作用,因此石墨烯上施加了金属光栅结构.研究发现光栅结构能够对入射光进行动量补偿并且能够引起其下石墨烯中的电场强度产生很大程度增强,从而导致在该石墨烯结构中太赫兹等离激元和入射光发生强烈耦合而产生太赫兹等离极化激元,同时引起石墨烯光吸收的增强.希望本文能够加深对石墨烯光电特性的理解以及可以为基于石墨烯的太赫兹光电装置提供一定的理论依据.     

表面等离激元的聚焦与波导增强

近年来,表面等离激元学(plasmonics)已经形成一个新的学科热点.电子在金属与介质界面的集体振荡行为形成一种元激发——表面等离激元（surface plasomon polariton,SPP）.由于其具有特殊的耦合与传播性质,与SPP相关的器件设计与应用成为目前纳米光子学领域的国际前沿研究方向.文章介绍了利用微纳加工技术制备的SPP纳米结构,以及利用近场光学表征手段对SPP聚焦、波导、共振增强现象研究的进展.     

表面等离激元的聚焦与波导增强

近年来,表面等离激元学（plasmonics）已经形成一个新的学科热点.电子在金属与介质界面的集体振荡行为形成一种元激发——表面等离激元（surface plasomon polariton,SPP）.由于其具有特殊的耦合与传播性质,与SPP相关的器件设计与应用成为目前纳米光子学领域的国际前沿研究方向.文章介绍了利用微...     

Na原子链表面等离激元特性的含时密度泛函研究

本文用含时密度泛函理论研究了线性Na原子链的表面等离激元机理.主要在原子尺度下模拟计算了体系随着原子数增加及原子间距变化的集体激发过程.研究发现线性原子链有一个普遍的特性——存在一个纵模和两个横模.两个横模一般在实验上很难被观测到.纵模随着原子链长度增加,能量红移的同时,该纵模主峰的强度呈线性增长.随着原子个数的增加,端点模式(TE)开始蓝移,能量和偶极强度都逐渐趋向饱和.横模能量被劈裂的原因概括如下:(一)每个位置的电子受到的势不同,在两端的电子受到的势要比在中间的电子受到的势要高,因此两端的电荷积累也比中间多;(二)端点存在悬挂键,所以中间的电子-电子间相互作用与端点的不一样,这两方面又都与原子间距d有关.     

金属纳米圆盘等离激元共振的阴极荧光表征

阴极荧光是材料在受到电子束激发时产生的光学信号,具有微区激发和超高空间分辨的特点.本文首先介绍了阴极荧光的物理机理,描述了传统的实验探测手段和实验装置,随后利用阴极荧光光谱技术研究了金纳米圆盘在电子束激发下的局域表面等离激元共振模式,并结合数值模拟说明了本征电磁模式随着圆盘半径的演化以及对发光偏振特性的影响.     

简单金属Al原子链的磁性

使用密度泛函理论下的第一性原理方法,研究了纳米尺度下简单金属Al原子链的磁性．计算结果显示,一维的Al原子链无论是在线性链还是锯齿形的结构下都有可能表现出磁性,但是这些磁性都是在原子键长被拉伸的情况下才会出现．通过原子轨道相互作用的图像,配合电子状态密度的计算和Stoner判据,解释了一维Al原子链磁性产生的原因． 关键词： 磁性 Al原子链 第一性原理计算     

Supersolitons: solitonic excitations in atomic soliton chains

We show that, by tuning interactions in nonintegrable vector nonlinear Schr?dinger equations modeling Bose-Einstein condensates and other relevant physical systems, it is possible to achieve a regime of elastic particlelike collisions between solitons. This would allow one to construct a Newton's cradle with solitons and supersolitons: localized collective excitations in solitary-wave chains.     

Nb原子链的结构稳定性和电子性质

使用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法，研究了Nb原子链的结构稳定性和电子结构性质.计算表明，Nb原子可以形成线性链，平面之字形，二聚化以及梯子形等一系列的一 维链式结构.结果也显示，其中之字形结构最为稳定，其他结构均为亚稳的.通过第一性原理 计算的电子结构和Jahn-Teller效应，讨论了这些结构的相对稳定性以及各链式结构的电子 能带、态密度和电荷密度等性质. 关键词： Nb原子链 结构稳定性 电子结构 从头计算     

基于复合纳米结构的局域表面等离子体光学传感器

局域表面等离子体光学传感器由于其体积小、灵敏度高、免标记等特点成为目前传感器研究热点之一。然而由于银纳米结构的生物兼容性以及氧化问题,成为该传感器发展的瓶颈。提出了利用金／银混合的金属纳米结构克服上述困难,并从有限时域差分数值计算方法入手,设计了银层50nm,金层5nm的六边形分布三角形复合传感结构,并利用纳米球自组装技术实现了该类型传感器。同时,与生物分子蛋白A的结合实验结果表明,该传感器在生物分子溶液浓度213．85nM的条件下仍然具有较高的灵敏度。     

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.     

Ag原子链的结构稳定性和磁性

采用第一性原理方法研究了Ag原子链的结构稳定性和磁学性质.在结构稳定性方面,计算了线性链、平面之字型、梯型和三条线性原子链组成的T型等链式结构.结果表明,线性原子链的结合能最小,结构最不稳定性;T型结构的结合能最大,结构最稳定.所有这些一维结构的原子间键长都小于Ag体材料的键长,表明一维下原子间的成键比体材料时更强.对Ag线性原子链的磁性计算表明,线性Ag原子链在平衡状态下并不表现出磁性,但是当原子链的原子键长被压缩了约52%时,体系可表现出铁磁性.通过Stoner判据和原子轨道相互作用图像,解释了这种磁性出现的原因. 关键词： Ag原子链 结构稳定性 磁性 从头计算     

冷原子系综内单集体激发态的相干操纵

原子系综内部分原子发生相干态转移后所处量子态被称为集体激发态.如果激发数目在单原子量级则被称为单激发态.在量子存储过程中,单光子以单激发态的形式在原子系综内进行存储.因此,研究单激发态的制备、演化、转化、干涉等过程是量子存储及其应用研究的关键.本文总结了近年来作者所在研究团队针对冷原子系综体系在此研究方向取得的若干成果.主要包括采用动量模式调控、三维光晶格等手段抑制单激发态的退相干,采用环形腔增强原子至光子的转化效率,发展基于拉曼光的单激发态相干转移技术,利用单量子态不同模式间干涉制备光与原子纠缠,利用里德伯阻塞机制提升纠缠制备效率等.此外,简要回顾了基于多个单激发态的量子中继及量子网络实验.     

A time-dependent density functional theory investigation of plasmon resonances of linear Au atomic chains

We report theoretical studies on the plasmon resonances in linear Au atomic chains by using ab initio time-dependent density functional theory. The dipole responses are investigated each as a function of chain length. They converge into a single resonance in the longitudinal mode but split into two transverse modes. As the chain length increases, the longitudinal plasmon mode is redshifted in energy while the transverse modes shift in the opposite direction (blueshifts). In addition, the energy gap between the two transverse modes reduces with chain length increasing. We find that there are unique characteristics, different from those of other metallic chains. These characteristics are crucial to atomic-scale engineering of single-molecule sensing, optical spectroscopy, and so on.     

Structural stabilities and electronic structures of Ti atomic chains

The present first principles density-functional calculations reveal that titanium can form one-dimensional chains in linear, dimer, zigzag and ladder structures. The most stable structure is a zigzag chain with a unit cell rather close to an equilateral triangular geometry with four nearest neighbors. Two intermediary chains between the linear and zigzag ones have the ladder and dimer structure, respectively. Titanium can also form a metastable zigzag structure with an obtuse bond angle. It is important and interesting to find that during the elongation of the zigzag chain, the bond angle will shift abruptly from a sharp angle to an obtuse one at a critical point, and the bonding character also transforms from mainly metallic to more covalent. This is the first time that such a structural transition is discussed in the atomic chain system. The electronic structures of these one-dimensional titanium chains are also discussed.