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强耦合等分圆盘：一种用于等离子体法诺共振的新型紧凑且可调谐平台
摘要： 等离子体人工分子是实现可见光、红外和太赫兹波段线性与非线性光学调控的理想平台。等离子体人工结构中的法诺共振被广泛用于调控光谱线型和定制近场/远场光学响应。强法诺共振的产生通常依赖于高密度等离子体结构中的强耦合效应，而传统光刻技术难以实现可重复制备，这严重阻碍了强法诺共振新型等离子体纳米结构的探索。本研究提出一类具有对称结构的新型法诺共振等离子体分子——均分圆盘结构，其通过亚辐射反键模式与超辐射成键模式的干涉产生强法诺共振。我们采用自主研发的"描绘剥离"光刻技术，成功制备出具有亚20纳米间隙且高度可重复的均分圆盘结构。实验光谱与计算结果高度吻合，证实该几何构型法诺共振的鲁棒性?？刂剖笛楸砻鳎旱痹才谭指畹ピ?个增至8个时，法诺共振强度逐步增强。这种可通过独特工艺可靠制备的法诺共振等离子体分子，为光与物质相互作用调控的人工分子设计开辟了新途径并提供了重要见解。
关键词： 草图剥离光刻技术、人工分子、法诺共振、等离子体耦合、微小间隙
更新于2025-09-23 15:21:01
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金属纳米颗粒中声-等离子体耦合的数值模拟
摘要： 我们描述了一种计算方法来研究金属纳米颗粒中的声-等离子体耦合。我们使用由巴黎第六大学（皮埃尔与玛丽·居里大学）雅克-路易·利昂实验室开发的高级多物理场有限元软件FreeFEM。我们的数值方法依次确定纳米颗粒的声学模式和电磁特性的调制。通过更新位于纳米颗粒与其宿主介质边界处的节点坐标，并采用基于径向基函数插值的网格变形算法，实现了声学模拟与电磁模拟之间变形几何体的传递。因此，我们从理论上研究了受限振动与表面等离激元之间的不同耦合机制：形状效应、由纳米颗粒体积变化引起的电子密度效应，以及通过形变势机制评估的带间跃迁效应。
关键词： 声-等离子体耦合、径向基函数插值、FreeFEM、有限元法、金属纳米粒子
更新于2025-09-23 15:21:01
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ITER低场侧反射仪的天线-等离子体耦合计算
摘要： 利用混合三维反射仪模拟代码FWR3D研究了ITER低场侧反射仪系统（LFSR）的天线-等离子体耦合特性，该代码综合运用全波、傍轴和自由空间求解器以实现计算速度与精度的平衡。通过模拟平衡态剖面反射情况，对接收天线的耦合功率进行了研究与优化。在最佳耦合状态下，还计算了密度涨落的影响，结果显示密度涨落会使平均耦合降低达6分贝。研究表明：对拟建天线位置进行少量调整后，ITER LFSR的天线-等离子体耦合性能可为设计和建造符合ITER技术要求的反射仪系统提供充分依据。
关键词： ITER，天线-等离子体耦合，反射计法
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过金属氧化物等离激元超结构诱导的集体能量转移实现红外PbS量子点的超高亮度增强
摘要： 我们展示了一种通过向功能性金属氧化物等离子体超结构（FMOP）中添加CdSe/ZnS量子点薄缓冲层形成的溶液法制备异质结界面，该界面可建立量子点间集体能量传输过程，显著增强红外PbS量子点的发光。该FMOP包含通过在金纳米天线阵列上沉积硅层形成的肖特基结，以及硅/氧化铝电荷势垒。研究表明，当这两个结相距约15纳米且CdSe/ZnS量子点缓冲层与硅/氧化铝结接触时，上层PbS量子点的量子效率可提升约一个数量级。这些结果揭示了由CdSe/ZnS量子点与等离子体杂化态及阵列衍射模式（表面晶格共振）的集体耦合，以及此类共振通过晶格诱导光子模式与PbS量子点耦合所形成的独特能量回路。
关键词： 激子-等离子体耦合、等离子体、集体效应、硫化铅量子点、金属纳米天线、表面晶格共振、能量转移
更新于2025-09-23 15:19:57
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石墨烯边缘附近银纳米颗粒的等离激元耦合：高性能表面增强拉曼散射传感的横截面策略
摘要： 充分利用纳米结构金属的等离激元耦合是提升表面增强拉曼散射（SERS）性能以实现分子痕量检测的有效方法。本文提出一种横截面策略来最大化石墨烯基膜中银纳米颗粒（AgNPs）的等离激元耦合。具体而言，通过水分散性石墨烯（W-Gr）隔离AgNPs，在组装成宏观膜时使其富集于W-Gr边缘附近，从而使横截面上的AgNPs在垂直平面形成均匀且适度的间隙以实现最大等离激元耦合。此外，该结构对罗丹明6G展现出优于多数已报道石墨烯-金属结构的灵敏度（5×10?13 M），并具有优异的耐氧氧化长期稳定性，共同使AgNPs/W-Gr膜的横截面成为痕量分子检测的潜在SERS基底。揭示的边缘富集机制凸显了W-Gr流动导向组装过程的重要性。本研究为二维材料作为高性能SERS传感构建单元的应用提供了新见解。
关键词： 横截面策略、银纳米颗粒、表面增强拉曼散射传感、等离子体耦合、石墨烯边缘
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过原子级调控介电间距实现等离子体耦合从电容模式到传导模式的转变
摘要： 等离子体纳米粒子之间的间隙长度决定了光学耦合的强度，这种耦合会产生用于光谱学等应用的电磁场增强效应。尽管间隙等离子体共振已成为日益增长的研究焦点，但实验观测主要局限于球形纳米粒子的耦合——当间隙尺寸减小至亚纳米级时，随着相互作用从电容性向电荷转移转变，这种耦合可能无法提供清晰的光学响应光谱对比度。本研究利用胶体金纳米棒与金薄膜耦合产生的尖锐等离子体共振，展示了粒子-薄膜间距从超过30纳米变化至接触极限时间隙等离子体共振的光谱演化过程。我们发现：耦合体系的电容性间隙等离子体共振持续红移并变窄，直至量子隧穿极限处消失——这与预期会导致相对蓝移和光谱展宽的非局域效应及朗道阻尼效应形成鲜明对比。当间隔层厚度进一步减小时，高阶腔模式开始出现，最终形成具有隧穿和直接接触粒子-薄膜相互作用特征的单一宽峰共振。实验观测表明，纳米棒更适于产生高品质因数的腔等离子体共振，而转变过程中的光谱对比度为建立亚纳米间隙长度下光学耦合的改进理论模型提供了清晰依据。
关键词： 原子层沉积、隧穿效应、等离子体耦合、金属膜上的粒子、腔模、电荷转移、金纳米棒
更新于2025-09-23 15:19:57
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银金纳米粒子二维层级组装：构建荧光增强检测平台
摘要： 二维金属纳米粒子平台凭借其优异的荧光增强效应，在高通量即时检测领域展现出巨大潜力。金属纳米粒子（NPs）的自组装方法虽灵活简便，但可用于制备二维平台；然而，纳米粒子表面的电荷相互排斥会导致平台形成较大间隙，阻碍电磁场中强热点生成，从而削弱荧光增强效果。本研究通过大尺寸银（Ag）纳米粒子与小尺寸金（Au）纳米粒子的层级组装构建荧光增强平台。选择荧光较弱的金纳米粒子作为补充分子，填充预组装银平台的较大间隙以增加电磁热点。所得Ag/Au复合平台（1-Ag/Au、3-Ag/Au和6-Ag/Au）呈现递增的荧光增强效应，最大增强因子达3.6倍。小尺寸金纳米粒子的插入显著提升了银平台上荧光染料（花菁-5）的发射强度，其中单层1-Ag平台的增幅高达161.6%。有限时域差分（FDTD）计算揭示了Ag/Au层级结构相较于单一Ag或Au纳米粒子在改善电磁场方面的内在机制。本研究表明，层级组装有望成为大规模制备荧光增强检测平台的有力工具。
关键词： 热点、金属纳米粒子、荧光增强、自组装、等离子体耦合
更新于2025-09-23 06:23:43
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发光太阳能聚光器中的宽带等离子体耦合与增强的功率转换效率
摘要： 太阳能采集技术的进步需要创新方法来满足不断增长的能源需求。本研究利用金属纳米粒子（MNPs）与荧光团的等离子体相互作用来提升发光太阳能聚光器（LSCs）的光学性能。我们制备并表征了尺寸为45×45×3 mm3的等离子体发光太阳能聚光器（PLSC），其包含Lumogen Red305染料和金核银壳纳米立方体（Au@Ag NCs）。通过调节纳米立方体（NCs）与Red305染料之间的间距和光谱重叠来控制PLSC器件中的等离子体耦合效应。通过控制Au@Ag NCs的掺杂浓度获得均匀样品，进而调节其与Red305染料的间距。通过改变Au@Ag NCs掺杂浓度并测量波导边缘发射，研究了PLSC波导的光学性能。当Au@Ag NCs掺杂浓度为最佳值（1.1 ppm）时，PLSC器件的荧光增强达到最大值30%。实验显示从最大荧光增强到荧光猝灭的转变过程，这凸显了在Au@Ag NC与Red305染料分子耦合时，MNPs掺杂浓度和光谱重叠的重要性。在高掺杂浓度下，Red305染料分子向Au@Ag NCs的非辐射能量转移使猝灭效应占主导地位。我们将单晶硅太阳能电池连接至PLSC波导边缘，发现当Au@Ag NCs掺杂浓度为1.1 ppm时，其功率转换效率比0 ppm样品高出1.2倍。
关键词： 金核银壳纳米立方体、边缘发射、光子模密度、发光太阳能聚光器、表面等离子体共振、等离子体耦合
更新于2025-09-19 17:13:59
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石墨烯等离子体超分子中具有可调电磁特性的多重法诺共振
摘要： 通过破坏结构对称性或在保持空间对称性不变的情况下添加额外纳米粒子，可在贵金属结构中产生多重法诺共振（FRs），这一现象已被证实。然而，由于调制深度低、阻尼率大及宽带光谱响应等缺点，许多共振应用受到限制。本研究论文通过在石墨烯七聚体周围添加12个额外纳米盘，提出了一种石墨烯等离子体超分子（PMM），在消光光谱中观察到两个不同波长的法诺共振模式。通过改变纳米结构的材料和几何参数，研究了两种FRs之间的竞争关系以及各FRs的调制深度。采用一个模拟PMM径向分布的简单三聚体模型来理解参数变化过程中的电磁场行为。我们提出的石墨烯纳米结构在单分子检测、化学或生化传感以及纳米天线等领域具有重要应用价值。
关键词： 表面等离子体、化学势、法诺共振、石墨烯超分子、调制深度、等离子体耦合
更新于2025-09-19 17:13:59
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操控等离子体纳米粒子晶格中的光-物质相互作用
摘要： 理性组装的纳米结构展现出超越其单个单元的独特物理化学性质。纳米制造技术的发展使得在宏观尺度（>平方英寸）区域上实现多种纳米材料图案化成为可能。当晶格间距接近入射光波长时，周期性金属纳米结构会产生长程衍射相互作用。晶格中金属纳米粒子间的集体耦合会引发尖锐而强烈的等离激元表面晶格共振，这与单个纳米粒子产生的宽泛局域共振形成鲜明对比。等离激元纳米粒子晶格在亚波长范围内（比单个单元强两个数量级）能产生显著增强的光学场，这些强电磁场可调控光催化、光谱分析、非线性光学及光捕获等纳米尺度过程。 本文重点探讨激子-等离激元耦合及等离激元纳米粒子晶格的光-物质相互作用进展：首先阐述超锐利表面晶格共振的基本原理——该共振源于纳米粒子局域表面等离激元与晶格衍射模式的耦合；其次讨论染料分子与等离激元纳米粒子晶格集成后形成的室温纳米激光器架构，通过调节折射率环境或改变晶格间距可实时调控激光发射波长；第三描述通过操控晶胞形状或晶格几何构型来控制激光发射特性的方法，低对称性等离激元纳米粒子激光响应及多尺度等离激元超晶格（有限晶格阵列形成的微米尺度极化依赖纳米粒子群）能支持多模式可控纳米激光；第四探讨光活性发射体在纳米腔阵列上的组装行为——这种混合材料体系具有增强的激子-等离激元耦合效应，将金属-有机框架材料置于纳米粒子周围可产生具有晶格决定波长的强荧光增强混合光子模式，二维材料中量子发射体与等离激元晶格的确定性耦合能保持单光子发射并缩短衰减寿命。 最后重点介绍纳米粒子晶格的新兴应用：从紧凑型全可重构成像器件到固态发射体结构。等离激元纳米粒子晶格是可调谐平面光学、非平庸拓扑光子学及化学活性调控的多功能可扩展平台。
关键词： 纳米级激光、表面晶格共振、激子-等离子体耦合、光-物质相互作用、等离子体纳米粒子晶格
更新于2025-09-16 10:30:52