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具有可调间隙和集体表面等离子体共振模式的等离激元超表面

DOI：10.1021/acs.jpcc.9b02515 期刊：The Journal of Physical Chemistry C 出版年份：2019 更新时间：2025-11-19 16:56:42
摘要： 采用数值模拟与实验相结合的方法，研究了一种由金纳米粒子单层与铝薄膜紧密接触构成的等离子体超表面的光学特性。通过分析可见光波段内金纳米粒子单层与铝膜之间介质间隔层厚度对等离子体超表面消光光谱的影响，旨在理解集体表面等离激元共振（SPR）模式与间隙等离激元模式的激发机制及其对间隔层厚度、纳米粒子间距和尺寸的依赖关系。有限时域差分（FDTD）计算表明：SPR消光峰先发生红移，随后分裂为双峰。首消光峰对应单层的集体SPR模式，其随间隔层减薄向短波方向移动；当间隔层从35nm缩减至7.5nm时，次消光峰逐渐显现于超表面消光光谱中，我们将其归属为间隙模式。该间隙模式初始出现于620nm或更长波长处，且随纳米粒子间距及尺寸增大向长波方向移动。通过对类似多层体系色散曲线的实验测定验证了FDTD模拟结果，计算数据与实验现象相符，确证了两种模式的激发。
作者： Oleg A. Yeshchenko，Viktor V. Kozachenko，Anastasiya V. Tomchuk，Michael Haftel，Randall J. Knize，Anatoliy O. Pinchuk
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了理解由单层金纳米粒子与铝薄膜紧密接触构成的等离子体超表面中集体表面等离激元共振（SPR）模式和间隙等离激元模式的激发，以及它们对间隔层厚度、纳米粒子间距和尺寸的依赖性。

研究成果

研究表明，通过调节间隔层厚度、纳米粒子间距及尺寸，可有效调控等离激元超表面的光学响应?；贔DTD模拟与实验测量，证实了集体表面等离激元模式与间隙等离激元模式的激发及其对这些参数的依赖性。该发现可用于设计适用于多种场景的可调谐光学超材料。

研究不足

该研究仅限于可见光波长范围以及金纳米粒子和铝薄膜的特定配置。FDTD模拟的准确性受到间隔层和球形纳米粒子空间分辨率的限制。

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