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。     

局域表面等离激元诱导的三次谐波增强效应

本文研究了二维金三角形纳米颗粒阵列的三次谐波非线性光学效应. 金三 角纳米颗粒阵列是基于微球刻印技术制成. 采用反射式光学系统, 观察到该纳米结构在光谱分辨的飞秒激光照射下产生明显的三次谐波. 研究表明, 当激光抽运频率接近金纳米颗粒的局域表面等离激元共振位置时, 三次谐波信号得到增强; 三次谐波辐射方向满足动量匹配条件. 关键词： 微球刻印 三次谐波产生 表面等离激元     

金局域表面等离激元增强砷化镓发光特性

研究了金纳米颗粒局域表面等离激元共振耦合效应,并实现了砷化镓薄膜的近场发光增强.通过理论计算金纳米颗粒的吸收光谱及电场分布,分析金属纳米颗粒形貌尺寸的改变对等离激元共振频率调控及局域场增强效果的影响,模拟半径为50nm的金颗粒并实现了35倍近场增强效果.通过对双球型的模拟,分析了一种金纳米颗粒增强GaAs的积极方式,即密集颗粒之间的近场耦合形成的"hotspots".此外,研究了不同溅射时间及快速退火对金纳米颗粒吸收特性的影响,发现金纳米颗粒吸收峰位主要位于560～680nm波段,而且随着溅射时间的增加发生红移现象.经过快速退火处理后,金纳米颗粒吸收峰位蓝移到510～550nm波段,形成与532nm激发波长相匹配的共振吸收峰.最后,实现砷化镓薄膜9.6倍的光致发光增强.     

表面等离激元耦合体系及其光谱增强应用

当入射电磁波频率与金属微纳米结构中自由电子的集体振荡频率相当时,金属微纳米结构中激发表面等离激元共振,其共振电磁场被强束缚在亚波长尺度以下界面附近,使其具备极大的电磁场局域能力.这一效应可以极大程度地增强电磁波与物质的相互作用,在金属表面等离激元耦合体系中尤为明显.本文简述了表面等离激元耦合效应、模式耦合理论以及对应的结构耦合体系.另外,还介绍了一类典型耦合体系在光谱增强中的重要应用,主要包括增强折射率传感、表面增强红外吸收、表面增强拉曼散射、表面增强光学非线性效应等.     

分子激发中的表面等离激元增强效应

金属纳米粒子的表面等离激元增强效应是纳米科学领域的一个研究热点.针对染料分子与金属纳米粒子的耦合系统,应用偶极-偶极近似计算分子与金属纳米粒子的库仑相互作用,并应用密度矩阵理论描述在不同极化方向的电场作用下的电荷输运过程,分析了分子与金属纳米粒子在不同相对位置下分子激发态的动力学过程,发现表面等离激元的增强效应与分子和金属钠米粒子的相对位置以及等离激元的耗散系数有密切关系,详细讨论了分子与金属纳米粒子间的耦合强度、外场的极化方向、等离激元的寿命及共振激发条件对分子激发态及表面等离激元增强的影响,分析了分子-金属纳米粒子耦合系统中表面等离激元增强效应的物理本质.     

金属纳米颗粒等离激元共振增强非线性介质谐波的发展现状

随着纳米加工和制备技术的不断发展,金属纳米粒子的等离激元光学特性已得到了广泛的研究与应用。本文基于金属纳米颗粒等离激元共振特性,分析了金属纳米颗粒等离激元共振对介质谐波的增强机制,综述了该增强机制在近几年所取得的最新研究成果及其在生物成像领域的应用。金属纳米颗粒等离激元共振在增强介质非线性特性领域的发展趋势是从简单的金属纳米颗粒向复杂形状纳米颗粒和金属纳米颗粒组装体的发展,这些新型金属纳米颗粒在非线性光学、生物医学上的疾病诊断和治疗有良好的实际应用前景。     

表面等离激元增强型光电探测器研究进展

光电探测器可以实现光信号到电信号的转换,在工业、军事、医疗等领域已展现出巨大的应用价值。但是,传统的平直型光电探测器捕获线光的能力较弱,一定程度上限制了响应率等性能指标的进一步提高。而基于贵金属纳米结构的表面等离激元共振可以急剧增强近场区域的(纳米尺度)电场强度和对线光的捕获能力,大幅度地提高光电探测器性能。本文首先介绍了表面等离激元的基本原理。随后,详细介绍了金属纳米颗粒、金属光栅等不同结构的表面等离激元增强型光电探测器研究进展。最后,总结全文并针对表面等离激元增强型光电探测器的发展前景做出了展望。     

基于深亚波长双层媒质的钙钛矿量子点荧光增强

近年来,利用金属纳米结构表面等离激元共振提高半导体材料的发光效率取得了重要进展,但是相关结构体系面临着加工技术复杂、重复性差等缺点。本文报道了一种新型超薄、大面积、共振可调的平面双层纳米媒质用于增强量子点发光,其结构由深亚波长厚度、高吸收率特性的氧化铜(CuO)薄膜和金(Au)薄膜构成。实验结果显示,通过改变CuO薄膜厚度可以灵活调节CuO/Au双层堆栈结构的反射光谱,以其为基底旋涂CsPbBr_3钙钛矿量子点后与裸石英旋涂CsPbBr_3量子点参考样品相比实现了最大7倍的荧光发光增强。理论分析表明,荧光增强效应与强光学非对称法布里-珀罗薄膜干涉引起的高效光吸收和局域场增强导致的自发辐射速率加快相关。     

纳米金膜及金壳表面局域等离激元对 上转换荧光波长的选择调控

基于贵金属表面局域等离子体共振(LSPR)调控上转换荧光的研究绝大部分集中于纳米颗粒或纳米棒,即使同一复合结构对上转换荧光(UCL)也有或增强或猝灭的截然相反的报道,而对于进一步提高上转换荧光材料的效率和强度以满足更广泛的应用需求则越来越引起人们高度关注。本文通过构筑两种纳米金/上转换纳米晶复合结构,系统研究了各自的表面局域等离激元对上转换荧光的增强和猝灭效应,基于微结构表征及对稳态、瞬态荧光光谱的分析,阐述了波长依赖的上转换荧光增强和猝灭机理。结果显示超薄纳米金壳结构对Ho~(3+)、Fe~(3+)共掺杂纳米晶的绿光发射选择性地增强了25倍,源于激发光能量与LSPR能量匹配的激发增强机制,而在覆盖有超薄纳米金膜的上转换纳米晶复合结构中却观察到了金膜引起的Er上转换荧光猝灭,同时红绿比随金膜厚度增加而增大,来自于金膜对激发光的散射、金膜的LSPR吸收带与绿光发射能级耦合引起无辐射跃迁几率增加,绿光上转换荧光强度下降相对显著,UCL寿命变短。     

基于表面等离激元光镊的新型纳米热源研究

针对纳米尺度热现象研究的需求,基于表面等离激元光镊对金纳米颗粒的动态操控能力,设计了一种实时、动态、可控的纳米热源。利用有限元法对光镊系统中金纳米颗粒的光热效应与表面等离激元电磁场强度的关系进行了模拟,阐明了由于表面等离激元和局域表面等离激元的耦合作用导致的电磁场能量聚集和增强,以及同时实现的金属纳米颗粒的光热效应;分析了在该光镊系统捕获金属颗粒过程中颗粒所产生的热效应,并由此得到了实时控制纳米热源热功率的方法。在理论研究的基础上设计实验并证实了该光镊系统中金纳米颗粒基于光热效应的加热能力。结合表面等离激元光镊系统对纳米热源的精确定位操控能力,该系统为纳米尺度热现象的研究提供了灵活而可靠的手段。