利用T矩阵方法研究金属纳米颗粒的光学性质

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随着近场探测技术的不断发展,近场散射特性(比如表面电磁场强度)而不再是传统的远场散射特性(例如消光,散射,吸收截面或着系数),成为人们更直接关心的物理量.然而,如何高效,准确地计算散射体的近场光学特性向表面增强探测基底的设计者们提出了挑战.   利用T矩阵方法,本论文首先计算了一系列不同结构参数的银纳米双球体系的近场、远场共振特性,试图详细比较纳米团簇中近场、远场共振特性的异同。当入射光的偏振平行两球心连线时,近场、远场的等离子极化激元共振都与双球体系的结构参数密切相关。一方面,对比金属单粒子,双球体系中近场、远场共振特性之间可能出现更大差异。表明在表面增强探测应用中,如果想要激发基底最强的近场共振,一定要谨慎选择入射光波长。另一方面,当固定入射平面波波长時,等体积消光系数与表面平均电场强度具有基本相同的最佳共振结构参数。说明可以跟据远场消光系数的大小,来选择特定入射条件下更合逋的增强基底结构.   然后,针对金属核壳纳米粒子的表面等离激元共振特性进行了系统研究。通过比较多种双层同心纳米球粒子的消光系数,电介质/金属核壳结构比金属/电介质、异质金属结构可以在共振时被更强地激发。同时电介质/金属核壳结构的共振对电介质核半径,尤其是金属壳层的厚度极其敏感。如果想要更好地激发等离激元共振,这对如何精确制备特定结构参数的纳米粒子提出了较高的要求。关于三层同心球结构,当最外层是二氧化硅时,随着最外层增厚,消光系数单调减小。而当最外层是银时,尽管很薄,外包层仍可能对整个粒子的共振产生主要影响。最后,消光系数和近场表面平均电场的计算都证明核与壳之间微不足道的偏心可以从根本上改变纳米粒子的共振特性,并产生比同心结构更强的局部电场强度。  
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