金屬納米顆粒陣列SPR效應(yīng)的理論研究.pdf

1、入射光對(duì)金屬納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行照射，當(dāng)入射角光的頻率與結(jié)構(gòu)中等離子體振動(dòng)頻率一致時(shí)，產(chǎn)生共振，金屬納米顆粒對(duì)光的光子有選擇性地進(jìn)行散射與吸收，進(jìn)而產(chǎn)生等離子激元諧振現(xiàn)象，即 SPR現(xiàn)象。經(jīng)過大量的研究，SPR現(xiàn)象與納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀、尺寸大小、組成結(jié)構(gòu)及所處外圍介電環(huán)境等諸多因素有關(guān)。由于其應(yīng)用廣泛，現(xiàn)已成為人們的研究熱點(diǎn)。
　　現(xiàn)今為止已經(jīng)發(fā)展出各種近似計(jì)算方法對(duì)金屬納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論的模擬計(jì)算，用于引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)和預(yù)測(cè)可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。針對(duì)金

2、屬納米材料的計(jì)算模擬方法有：有限元法、T矩陣法、時(shí)域有限差分法、偶極子近似法等。各種模擬方法均有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)不同的研究對(duì)象，需選擇較合適的模擬方法來得到較高效與可信的結(jié)果。綜合對(duì)比分析，本文采用偶極子近似法模擬了金屬納米粒子不同結(jié)構(gòu)的光散射情況，來分析各種不同金屬納米結(jié)構(gòu)在不同波段的吸收、消光和散射光譜。
　　文中選用Ag和 Au納米顆粒作為基本單元組成的結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，研究的NPs粒徑分別為4nm、5nm和7nm，粒子

3、間距分別為2nm、3nm和4nm，入射角依次選取0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°，外圍介電環(huán)境為next=1.46的真空環(huán)境，用DDSCAT7.3軟件分別模擬并計(jì)算了0D、1D和2D這三種金屬納米粒子結(jié)構(gòu)，具體有以下五種結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蝹€(gè)Au納米顆粒、1D單種金屬周期鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、1D兩種金屬周期鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、2D六角單種金屬密排周期結(jié)構(gòu)、2D兩種金屬不同比例組合的六角密排周期結(jié)構(gòu)。具體分析了不同入射角、不同 NPs粒徑及粒子間距、

4、兩種 NPs的不同組成比例等因素的影響，通過計(jì)算模擬不僅得到了各理論模型的光散射譜，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析與探討，得出以下結(jié)論：
　　1)各結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的吸收光譜均隨入射角的增大藍(lán)移；
　　2)1D NPs周期鏈的吸收光譜隨粒子間距的增大藍(lán)移，隨NPs的粒徑的增大紅移；
　　3)不同比例（文中具體指(a) Ag:Au?1:2；(b) Ag:Au?2:1；(c) Ag:Au?1:3；(d) Ag:Au?3:1四種情況）的Ag與