氧化铝基银纳米棒阵列的光学非局域特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoxunjun
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随着科学技术的发展,超材料在电子对抗、电子、成像领域初露锋芒。超材料可以实现很多不可思议的用途,例如超透镜,光学隐身,光子电路。从军事到工业,再到生活消费等各个领域,超材料都将产生颠覆式的应用。超材料中有一部分材料是金属纳米复合材料,这些材料的光学特性往往会受到金属纳米颗粒的形状、体积分数、尺寸和填充介质影响。通常研究金属纳米复合材料光学特性的方法是利用等效介质理论将其等效成均匀介质。为了能够有效的描述等效均匀介质,需要使用表征电磁波与介质相互作用的物理量——介电常数。首先,选用MG理论建立了氧化铝基银纳米棒阵列的局域等效介质模型,通过拉普拉斯方程和电磁场边界连续性条件解出了等效介质中的各项等效介电常数。从麦克斯韦方程组出发研究了等效介质内部波矢与等效介电常数关系,表明一定条件下TE波或TM波入射到等效介质中不会产生双折射效应,在此基础之上提出了由反射率和透射率计算等效介电常数的方法。其次,在COMSOL里建立了氧化铝基银纳米棒阵列模型,利用COMSOL对氧化铝基银纳米棒阵列的透射率谱和反射率谱进行了仿真计算。结果表明MG理论计算垂直于晶轴方向的等效介电常数较为准确,沿晶轴方向的等效介电常数存在差异。经过多次计算阐明了L共振吸收峰会随着纳米棒间距增大而减弱,随着入射角度增大而增大。最后,利用三波叠加模型对银纳米棒模型等效介电常数进行了非局域修正,修正后等效介电常数计算的L共振峰的强度与实际纳米棒模型L共振峰的强度仅有2%到4%的误差。由于三波叠加模型会带来L共振峰蓝移现象,本文改进了三波叠加模型。改进后的三波叠加模型能够保持高精度地修正L共振峰强度,同时还解决了三波叠加带来的蓝移问题。根据银纳米棒间距为8nm和9nm计算的三波叠加修正因子,分析了三波叠加因子随银纳米棒间距的变化规律。
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