多颗粒核壳结构光学性质的Mie理论研究

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近十多年来,基于表面等离激元的研究取得极大进展。作为前沿交叉学科的表面等离激元纳米光子学,一门研究突破光学衍射极限的情况下光与物质相互作用的科学,同样取得迅猛发展。表面等离激元纳米光子学在纳米尺度的光操控、单分子水平的生物探测、亚波长孔径的光透射增强和超高分辨率光学成像等领域具有广泛的应用。由于研究对象为亚波长尺寸,理论计算在其研究过程中扮演非常重要的角色。Mie理论作为模拟等离激元的一种计算方法,因其计算速度快且精确,是研究球形纳米颗粒光学性质的有力工具。但是目前可用的基于Mie理论的核壳等复杂体系的代码资源有限,于是在本文中,对已存在的Mie代码进行扩展,并用扩展后的代码实现了对简单结构的光学性质的研究,具体工作如下:(1)将球壳结构杂化的理论部分转化成MATLAB代码,并与多球耦合部分结合。并进一步通过化学合成制备了金属球壳纳米颗粒,并对其进行了光学表征,结果可为表面等离激元在诸多领域的应用提供参考。如:利用核壳结构参数与其场增强作用间的关系,可为提高表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)的信号强度提供参考,进而应用在检测等诸多领域。(2)利用扩展的Mie代码研究了球壳结构的等离激元与手性分子的强相互作用,发现了结构的几何参数与手性层的振子强度的改变都会提高手性层对金核/壳的手性诱导能力。并利用扩展的Mie代码结合商业软件COMSOL对常见SERS结构的平面波近似法(局域增强代替辐射增强)计算SERS增强因子的偏差进行了研究,还用Purcell因子对辐射增强进行了估计。本论文针对球壳及多颗粒结构,对已有的Mie代码进行了扩展,实现了多颗粒核壳结构的模拟。扩展的Mie代码、相关的手性球壳结构及SERS增强因子的研究对Mie理论的推广、金属纳米球独特光学性质的研究及SERS增强因子计算方法的选择有指导意义。
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