金屬納米粒子局域電磁增強(qiáng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、表面增強(qiáng)拉曼散射光譜的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用，為探測(cè)吸附在金屬表面的分子的結(jié)構(gòu)信息提供了有力的工具。作為表面增強(qiáng)拉曼散射基底的金屬納米粒子的作用至關(guān)重要，制備出合適的形狀、尺寸以及排列結(jié)構(gòu)的納米粒子，能夠提高拉曼散射信號(hào)的靈敏度，更好地探測(cè)分子結(jié)構(gòu)信息。 納米尺度下的金屬粒子，在有外電場(chǎng)激勵(lì)的情況下，能誘導(dǎo)產(chǎn)生表面等離子體激元共振，在表面附近產(chǎn)生局域化的電磁增強(qiáng)。該機(jī)理解釋了表面增強(qiáng)拉曼散射光譜信號(hào)的物理增強(qiáng)。金屬納米粒子的高度局域化的電磁

2、增強(qiáng)在生物傳感器、納米級(jí)集成光學(xué)器件、近場(chǎng)光學(xué)和納米光子學(xué)等領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。 本文主要研究了兩種結(jié)構(gòu)的納米粒子在外電場(chǎng)激勵(lì)下的局域電磁增強(qiáng)： （1）應(yīng)用頻域的有限元法，對(duì)由不同材料組成（銀/金）和在不同周圍環(huán)境（空氣/水）下的圓錐形探針尖端處的電磁增強(qiáng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明：相對(duì)銀的共振峰位，金的共振峰出現(xiàn)在長(zhǎng)波的方向；增加探針的長(zhǎng)度和改變周圍環(huán)境屬性從空氣到水，共振峰“紅移”；在入射波長(zhǎng)小于600納米的情

3、況下，銀的增強(qiáng)效果較好，大于700納米，情況相反。此結(jié)果對(duì)由尖誘導(dǎo)產(chǎn)生電磁增強(qiáng)的光譜分析，具有一定的指導(dǎo)意義。 （2）應(yīng)用時(shí)域有限差分方法，研究了在可見光—紅外波段球形銀納米粒子陣列在平面光照射下的局域電磁增強(qiáng)。不僅研究了粒子與粒子之間的耦合相互作用，還研究了粒子對(duì)與粒子對(duì)之間的耦合相互作用。重點(diǎn)研究入射波長(zhǎng)、粒子半徑和陣列中的粒子數(shù)目對(duì)局域電磁增強(qiáng)的影響。電磁增強(qiáng)出現(xiàn)在粒子表面附近，不論有幾對(duì)粒子，電磁增強(qiáng)最大值總是出現(xiàn)在倒數(shù)