金屬薄膜上顆粒二聚體中的能量聚集效應(yīng)研究.pdf

1、納米金屬結(jié)構(gòu)在有入射光照射的情況下，其表面存在自由電子集體振蕩的模式，這種表面模式被稱之為表面等離激元（Surface Plasmonic Polaritons，SPPs）。由于它能將電磁場(chǎng)束縛在亞波長(zhǎng)范圍內(nèi)，所以其金屬結(jié)構(gòu)表面會(huì)有很強(qiáng)的電磁增強(qiáng)。在納米金屬顆粒上，由于其局域表面等離激元，會(huì)存在非常強(qiáng)的電磁場(chǎng)能量。這種電磁場(chǎng)能量常被廣泛運(yùn)用于表面增強(qiáng)拉曼散射、光催化、太陽(yáng)能電池、光致發(fā)光、傳感器等。然而電磁場(chǎng)能量的分布與其對(duì)應(yīng)的金屬大小

2、，形狀及入射光的波長(zhǎng)緊密相關(guān)，這就促使我們?nèi)パ芯扛鞣N各樣結(jié)構(gòu)的金屬。在熟悉、掌握模擬計(jì)算軟件的過(guò)程中，我們研究了各種結(jié)構(gòu)的納米金屬的表面等離激元及它的運(yùn)用，月牙形狀、顆粒-膜結(jié)構(gòu)、納米顆粒-線/膜結(jié)構(gòu)。在這些不同結(jié)構(gòu)的納米金屬中，它們展現(xiàn)了不同的現(xiàn)象，都有了各自的不同應(yīng)用發(fā)展。在實(shí)驗(yàn)室中，科研者用化學(xué)合成方法合成納米金屬顆粒已成為主流的今天，研究異質(zhì)二聚體-膜結(jié)構(gòu)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
　　在許多高校中，實(shí)驗(yàn)者利用化學(xué)合成的方法制備的

3、二聚體通常均勻性不夠，導(dǎo)致很多研究者在探測(cè)二聚體相應(yīng)信號(hào)時(shí)，實(shí)際上所探測(cè)到的信號(hào)為異質(zhì)二聚體的信號(hào)。在當(dāng)下，各種金屬、非金屬顆粒-膜結(jié)構(gòu)成為等離激元方面研究的主流之一，而對(duì)異質(zhì)二聚體-膜結(jié)構(gòu)的研究較少，對(duì)實(shí)際實(shí)驗(yàn)室中二聚體的不均勻性導(dǎo)致形成的異質(zhì)二聚體及對(duì)二聚體所造成的影響研究更為少見(jiàn)。本文在研究了月牙形狀、顆粒-膜結(jié)構(gòu)、納米顆粒-線/膜結(jié)構(gòu)的表面等離激元及它們的運(yùn)用后，就實(shí)驗(yàn)室這種實(shí)驗(yàn)制備的普遍行對(duì)異質(zhì)二聚體-膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，討論這種

4、異質(zhì)二聚體-膜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的能量重新分布及此結(jié)構(gòu)對(duì)二聚體-膜結(jié)構(gòu)所探測(cè)的信號(hào)所帶來(lái)的影響。
　　最開(kāi)始，此論文從用有限元方法（Finite element method, FEM）模擬得到的異質(zhì)二聚體-膜結(jié)構(gòu)具有能量聚集效應(yīng)開(kāi)始，發(fā)現(xiàn)在2Ag-Au這種異質(zhì)二聚體-膜模型中，小Ag納米顆粒把能量聚集在Ag顆粒與Au膜之間細(xì)縫的能力比大Ag納米顆粒的要更強(qiáng)，甚至前者能力能達(dá)到后者能力的五倍多。
　　而后，此文章又指出更多的模擬結(jié)果表

5、明在異質(zhì)二聚體-膜的2Ag-Au模型中表現(xiàn)的能量聚集能力與激發(fā)光的波長(zhǎng)和兩個(gè) Ag納米顆粒的比例有很強(qiáng)的依賴關(guān)系。接著研究了激發(fā)光的波長(zhǎng)對(duì)2Ag-Au模型展現(xiàn)出來(lái)的能量聚集能力的影響。隨后討論了在2Ag-Au模型中，兩個(gè)Ag納米顆粒的比例對(duì)模型的聚集能量能力的影響。
　　后來(lái)，本文章提出在 Ag納米顆粒、Ag納米線-Au膜的模型中也存在相似的聚集能力，并指出從這種模型中測(cè)出的表面增強(qiáng)拉曼散射SERS光譜為我們模擬計(jì)算得到的理論預(yù)期