DDA方法研究金属纳米壳层结构的光学性质

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金属纳米颗粒的光学性质以及表面增强拉曼散射(SERS)是近年纳米材料科学研究中的热点。金属纳米颗粒特别是贵金属纳米颗粒不同于块体材料,也不同于其他绝缘纳米材料,具有体积效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等诸多特质,这也导致了其具有局域表面等离子体共振这一特殊现象。对于不同形状的金属纳米颗粒,其等离子体共振峰波长也随形状变化,我们通过调节其形状参数,就可以调控等离子体共振峰位,得到指定波长近场增强效应明显的金属纳米颗粒材料。基于此共振特性,金属纳米颗粒材料有单分子探测、化学和生物分子的表面增强光谱、介电环境探测等诸多应用。本文采用离散偶极近似(DDA)的方法,对金纳米椭球壳层结构的光学性质进行了深入研究。首先对金纳米球形颗粒以及椭球颗粒的消光光谱进行计算,并与实验结果等其他方式获得消光光谱进行了比较,结果相当一致,这表明DDA方法是一种有效的研究金纳米颗粒光学性质的手段。通过计算不同形状参数的金纳米椭球壳的消光光谱,给出其等离子体共振吸收峰随壳层比、尺寸、层数等参量变化的性质,并尽可能的给出了拟合公式。金纳米椭球壳的等离子体共振吸收峰随壳层比减小、尺寸增大、层数增多会呈现红移。通过调节金属壳层结构的尺寸等参数,就可以依照拟合规律控制其等离子体共振峰的峰位。最后本文同样采用离散偶极近似的方法计算了金纳米壳层结构的近场分布,并对随形状参数的变化规律进行了初步探讨。
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