研究目的
通过基于拓扑优化的逆向设计最大化等离子体纳米结构中的近场增强因子。
研究成果
拓扑优化算法成功设计出一种心形纳米粒子二聚体，其近场增强因子较蝴蝶结形和圆盘形二聚体更高。表面增强拉曼散射（SERS）和双光子光致发光（TPPL）光谱的实验结果证实了该心形二聚体的卓越性能，验证了基于拓扑优化的逆向设计方法在实现目标等离激元功能方面的有效性。
研究不足
该研究在电磁波计算中未考虑所设计二聚体尖端区域金介电常数的尺寸效应，这可能会影响结果的准确性。
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基于拓扑优化的等离子体纳米二聚体最大近场增强逆向设计
DOI：10.1002/adfm.202000642
期刊：Advanced Functional Materials
出版年份：2020
更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要：
近场增强因子是评估等离子体纳米结构性能的最关键参数之一。为最大化该增强因子，研究者通过优化圆盘、三角形和棒状等简单几何形状金属纳米结构的尺寸、形貌及空间排布做出了诸多努力。本研究采用拓扑优化方法逆向设计金属纳米粒子二聚体，旨在优化其亚10纳米间隙内的近场增强因子。通过在给定设计空间内优化材料布局，拓扑优化算法生成了由具有凸凹特征的心形粒子构成的等离子体纳米二聚体。全波电磁分析表明，心形纳米粒子二聚体的最大近场增强源于纳米心形顶端表面电荷的最高浓度聚集。研究团队采用"绘制剥离"策略的聚焦氦离子束铣削技术，制备了逆向设计的心形、蝴蝶结形和圆盘形纳米二聚体，并通过单粒子水平的非线性光谱技术表征其近场增强性能。实验证实，心形纳米二聚体展现出比其他两种结构更强的信号强度。本工作验证了基于拓扑优化的逆向设计在实现目标等离子体功能方面的有效性和可行性。
作者：
Yiqin Chen，Yueqiang Hu，Jingyi Zhao，Yunsheng Deng，Zhaolong Wang，Xing Cheng，Dangyuan Lei，Yongbo Deng，Huigao Duan
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