金屬納米孔陣列的表面等離子體性質(zhì)和應(yīng)用.pdf

1、金屬表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)是金屬中自由電子的集體共振，它的性質(zhì)受多方面因素影響，這其中包括金屬自身結(jié)構(gòu)的影響：金屬薄膜表面的表面等離子體共振被稱為表面等離子激兀(Surface Plasmon Polarization，SPP);金屬納米顆粒表面的表面等離子體共振被稱為局域表面等離子共振(Localized Lurface Plasmon Resonance，L S P R)。金屬

2、孔陣列中同時存在著表面等離子激元(SPP)和局域表面等離子共振(LSPR)，其展現(xiàn)出了奇特的光學(xué)現(xiàn)象---反常光學(xué)透射(Extraordinary Optical Transmission，EOT)現(xiàn)象。然而有關(guān)反常光學(xué)透射(EOT)現(xiàn)象還沒有得出一個完整清晰的物理機(jī)制，這是由于金屬孔陣列中存在著復(fù)雜的表面等離子體特性，目前對于金屬孔陣列中表面等離子體的認(rèn)識還不夠充分。同時金屬孔陣列還在生物傳感器等領(lǐng)域呈現(xiàn)出了許多潛在應(yīng)用前景，拓展金屬

3、孔陣列結(jié)構(gòu)潛在的應(yīng)用領(lǐng)域是目前有關(guān)金屬孔陣列的另一個研究方向。本論文采用時域有限差分(FDTD)技術(shù)研究了金屬(Ag)納米孔陣列中金屬表面等離子體共振的基本特性，重點(diǎn)研究了金屬矩形納米孔陣列一研究了金屬矩形納米孔陣列以及雙層金屬矩形納米孔陣列中金屬表面等離子體共振的特性以及以此為基礎(chǔ)的應(yīng)用。應(yīng)用金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體效應(yīng)來進(jìn)一步的提高太陽能轉(zhuǎn)換效率是目前太陽能電池的主要研究方向之一，本論文通過電磁場模擬仿真理論上研究了金屬納米顆粒局

4、域表面等離子共振在染料敏化TiO2薄膜太陽能電池中的應(yīng)用前景。
　　論文具體內(nèi)容如下：（1)概述了有關(guān)電磁場模擬的常用計算方法，具體介紹了本論文數(shù)值計算所采用的時域有限差分法(FDTD)的相關(guān)知識。（2)介紹了表面等離子激元和局域表面等離子共振的基本性質(zhì)以及有關(guān)金屬表面等離子體共振的研究歷史；介紹了金屬孔陣列的研究概況一介紹了反常光學(xué)透射(EOT)現(xiàn)象，E O T機(jī)制以及基于E O T的應(yīng)用研究概況；介紹了基于金屬表面等離子體的應(yīng)

5、用前景，重點(diǎn)介紹了超材料相關(guān)的知識和研究概況。（3)采用時域有限差分(FDTD)技術(shù)理論研究了金屬納米孔陣列的光學(xué)性質(zhì)，重點(diǎn)研究了金屬矩形納米孔陣列以及雙層金屬矩形納米孔陣列中金屬表面等離子體共振的特性。（4)基于厚金屬矩形納米孔陣列中上下表面等離子激元間的耦合特性，采用時域有限差分(FDTD)技術(shù)研究了基于厚的單層金屬矩形納米孔陣列實現(xiàn)生物傳感器的設(shè)計方案。（5)采用時域有限差分(FDTD)技術(shù)研究了基于厚的單層金屬矩形納米孔陣列實現(xiàn)

6、光學(xué)磁性超材料的可能性，并通過調(diào)查金屬矩形納米孔陣列內(nèi)的位移電流分布揭示了其磁性的起源。（6)采用FDTD S o lu tio n s軟件通過粒子群優(yōu)化算法(PSO)設(shè)計了近紅外波段的基于雙金屬Ag-MgF2-Au漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)的低損耗光學(xué)磁性超材料。通過調(diào)查Ag-MgF2-Au雙金屬漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的電場強(qiáng)度分布和表面電荷分布，結(jié)合先前有關(guān)單層金屬矩形納米孔陣列和雙層金屬矩形納米孔陣列中電場分布以及位移電流分布的研究揭示了其磁性的起源。(7)采