貴金屬納米結(jié)構(gòu)表面等離激元受激輻射放大特性及其傳感性能研究.pdf

1、貴金屬納米結(jié)構(gòu)局域表面等離激元共振（LSPR）及其應用成為近年來光學領(lǐng)域的一個研究熱點。而在貴金屬納米系統(tǒng)中引入增益材料能夠補償其表面等離激元的本征傳播損耗，并產(chǎn)生表面等離激元受激輻射放大(spaser)特性也成為一個新的研究課題。
　　本文主要是以spaser機制為基礎，理論上提出了三種不同結(jié)構(gòu)的貴金屬納米系統(tǒng)，研究了它們的spaser特性，并給出了其潛在的應用價值。具體內(nèi)容我們將分以下五個部分分別進行闡述：
　　第一章中

2、，我們簡要概述了貴金屬納米結(jié)構(gòu)的LSPR特性和spaser的基本原理，分理論和實驗兩方面介紹了當前spaser的研究現(xiàn)狀及所取得的成績。最后，給出了本文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點。
　　第二章中，我們提出了一種二氧化硅包裹的金-銀核-殼納米桿spaser系統(tǒng)，并利用有限元算法模擬了其spaser特性。結(jié)果表明，該納米系統(tǒng)的LSPR特性強烈地依賴于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù),如銀殼的厚度以及內(nèi)核金納米桿的長徑比等。并且，與單金納米桿、單銀納米桿以及

3、銀-金核-殼納米桿系統(tǒng)相比較，我們所提出的納米系統(tǒng)在獲得高的電場增強方面具有較大的優(yōu)勢。此外，結(jié)果還表明該納米桿系統(tǒng)具有對偏振光方向的依賴特性，這使得其在光學濾波器和光學開關(guān)方面可能有著重要的應用價值。
　　第三章中，我們設計了一種U型金納米結(jié)構(gòu)用于超高靈敏度單分子SERS檢測。數(shù)值模擬結(jié)果表明，閾值條件下，該主動納米系統(tǒng)的局域電場可以被極大地放大。并且，通過研究其表面電場分布，我們可以發(fā)現(xiàn)在整個 U型金納米結(jié)構(gòu)表面也可以獲得一個

4、超過6.25×1014的G因子，這么高的增強因子已經(jīng)可以滿足實際中單分子SERS檢測的需求了。因此，我們所構(gòu)建的U型金納米結(jié)構(gòu)在高靈敏度SERS檢測方面將會有著較大的應用潛力。
　　第四章中，我們提出了一種較為新穎的異質(zhì)金納米二聚體spaser系統(tǒng)。數(shù)值模擬表明，相比于增益輔助的單個金納米球殼系統(tǒng)和同質(zhì)金納米二聚體系統(tǒng),我們所提出的spaser納米系統(tǒng)在獲得高的電場增強方面有著巨大的優(yōu)勢。異質(zhì)金納米二聚體系統(tǒng)的超強表面等離子放大特

5、性可以歸因于spaser機制、“熱點”效應和人工產(chǎn)生的各向異性屬性。此外，該納米系統(tǒng)的超強表面等離子放大特性可以使其表面形成超過4×1013的平均拉曼增強因子，這意味著所構(gòu)建的納米系統(tǒng)在實現(xiàn)高靈敏型單分子 SERS檢測方面也有著較大的潛在應用價值。最后，利用我們推導出的雜化公式，合理地解釋了異質(zhì)金納米二聚體系統(tǒng)的LSPR結(jié)構(gòu)依賴特性。
　　第五章中，總結(jié)了本文當前的工作，并展望了后續(xù)spaser可能的發(fā)展方向——在實驗上變的更加成