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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
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。
关键词： 间隙等离子体模式、表面等离子体共振、等离子体超表面、铝薄膜、FDTD（时域有限差分法）、金纳米粒子
更新于2025-11-19 16:56:42
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基于激光结构化银表面和银纳米棱镜的等离子体纳米腔超表面用于增强腺苷核苷酸光致发光
摘要： 在室温下对生物分子进行可靠的荧光光谱与成像分析，是生物物理学、生物化学和分子遗传学领域具有挑战性且重要的课题。利用金属纳米结构实现荧光信号的强等离子体增强效应，是解决该问题的最有效途径之一。其中，具有密集尖锐顶点的金属纳米结构、周期性排列的金属纳米结构以及等离子体腔体能够提供最强的增强效果。本研究基于银（Ag）激光诱导周期性表面结构与银三角纳米棱镜构建的等离子体腔体超表面，成功实现了上述所有特征。实验揭示了沉积在该超表面上的5'-脱氧腺苷单磷酸在室温下呈现显著的等离子体增强荧光现象，观测到超过1000倍的增强效应。该现象被解释为：激光诱导表面结构与纳米棱镜尖锐边缘附近产生高浓度热点区域的协同作用，结合强近场等离子体耦合激发的腔体集体间隙模式共同导致。相应地，由金属激光诱导周期性表面结构与具有尖锐边缘的非球形金属纳米颗粒组成的等离子体腔体超表面，被证明无需任何染料标记即可实现室温下生物分子的高灵敏度检测与成像。
关键词： 热点、等离子体间隙模式、等离子体超表面、近场耦合、核苷酸光致发光增强
更新于2025-11-19 16:46:39
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通过大面积超表面中交叉偏振失谐等离子体纳米天线实现颜色路由
摘要： 双向纳米天线对于实现纳米尺度的先进功能至关重要，尤其在超紧凑平面光学构型中的色彩路由应用方面。本研究展示了一种创新方法——基于单轴（准一维）双金属构型中交叉偏振失谐的等离子体纳米天线，无需复杂集合几何结构或限制性形态参数。通过利用玻璃模板上离子诱导的纳米级皱褶失稳现象，我们开发出一种新型自组织技术，在大面积（平方厘米级）范围内精确控制这种平面光学系统的纳米制造工艺，从而构建倾斜双金属纳米带二聚体。这些纳米天线具有宽带色彩路由特性与卓越的光散射方向性指标，数值模拟结果与实验数据高度吻合，其性能可与光刻制备的纳米天线相媲美。研究表明，我们的大面积自组织超表面可实际应用于从电信光子学到光学纳米传感等平面光学色彩路由的真实场景。
关键词： 倾斜纳米带、平面光学、等离子体二聚体、等离子体超表面、颜色路由、自组织纳米天线
更新于2025-09-23 15:21:01
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等离子体超表面远场热辐射的标度律
摘要： 尽管由图案化亚波长结构组成的超材料或超表面已被广泛用于热辐射控制，但超表面中发射体阵列的集体行为仍不明确。本研究基于准正态模理论，推导出一个新标度律来阐明由密集排列的等离子体纳米发射体构成的超表面远场热辐射特性。我们采用紧束缚方法近似发射体阵列的集体共振模式。由于近场相互作用的同相效应，超表面中单个发射体的热辐射会被相邻发射体抑制。研究发现：超表面的整体远场热辐射与发射体堆积密度之间，可能呈现正相关或负相关关系——这取决于单个发射体的模式特性。该新标度律为设计具有特定热辐射特性的超表面提供了通用指导原则。
关键词： 热辐射、等离子体超表面、准正则模理论、紧束缚方法
更新于2025-09-19 17:13:59
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通过嵌入式等离子体超表面调控半导体衬底载流子动力学增强光电导天线太赫兹发射带宽
摘要： 本文展示了一种通过调控半导体表面载流子动力学来增强半导体基光电导天线（PCA）太赫兹（THz）发射带宽的技术。PCA的带宽受限于光生载流子的衰减过程，在半绝缘砷化镓（SI-GaAs）中该过程约为50皮秒量级。研究表明，在PCA光电导间隙中嵌入等离子体超表面结构，可使发射带宽提升超过50%。这是因为这些纳米结构作为光生载流子的局部复合位点，有效缩短了载流子寿命。此外，缺陷位点降低了终端电流，从而减少了器件中的焦耳热效应。该超表面还能促进激发红外光更高效地耦合至PCA，进而提高器件的光-THz转换效率。
关键词： 载流子动力学、等离子体超表面、带宽增强、光电导天线、太赫兹
更新于2025-09-16 10:30:52
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金属-VO2混合匕首状等离子体结构中的宽带多共振圆二色性及其开关应用
摘要： 提出并采用有限时域差分（FDTD）计算数值验证了一种金属与金属-VO?混合匕首状新型手性等离子体结构，该结构可实现宽带多共振圆二色性（CD）。通过外部主动控制，该混合系统实现了CD切换功能。研究采用不对称设计的匕首状结构——通过在匕首两臂引入不对称性来打破面内旋转对称性，从而形成面内手性结构。纯不对称金属匕首状结构（MDLS，金材质）及不对称金属-VO?混合匕首状结构（MVHDLS）均在可见光至红外频段展现出多共振宽带CD特性。值得注意的是，当VO?相从半导体态转变为金属态时，MVHDLS中的多共振CD效应完全消失。通过外部动态调控VO?相变，可在MVHDLS中实现CD切换功能。该结构为基于切换机制的等离子体与光子CD应用开辟了新途径。
关键词： 建模与仿真，新型金属-VO2混合匕首状结构，圆二色性及其开关效应，等离子体超表面
更新于2025-09-16 10:30:52