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利用堆叠纳米间隙金结构控制等离子体退相干时间以实现强近场增强
摘要： 构建具有强近场增强的金属纳米结构对于等离子体器件（如等离子体传感器和光能转换系统）的实际应用日益重要。值得注意的是，近场增强效应取决于等离子体退相位时间。本研究提出通过利用等离子体耦合来控制退相位时间以实现更强近场增强的方法。我们在掺铌二氧化钛基底上采用电子束光刻和干法刻蚀工艺，制备了由金属/绝缘体/金属纳米结构组成的有序堆叠纳米间隙金（Au）结构阵列。通过厚度为15纳米的氧化铝层分隔的上下金纳米结构之间的近场耦合，激发了暗等离子体模式?；诎档壤胱犹迥Ｊ降募しⅲ绱懦≡谏舷略亟鹉擅捉峁辜渚钟蚧案さ牡壤胱犹逋讼辔皇奔涔餐盏汲銮拷≡銮啃в?。值得注意的是，通过时间分辨光发射电子显微镜测量发现，与金纳米块体的等离子体模式相比，所测暗等离子体模式的退相位时间延长了三倍——这一参数可通过堆叠纳米间隙金结构的结构设计进行调控。
关键词： 暗等离子体模式, 等离子体退相, 近场增强, 光电子发射显微镜(PEEM), 表面等离子体共振
更新于2025-09-23 15:23:52
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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
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。
关键词： 拓扑优化、近场增强、等离子体纳米结构、逆向设计、非线性光学
更新于2025-09-23 15:21:01
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用于光热加热和近场增强的等离子体纳米结构：十九种金属的比较研究
摘要： 金属纳米粒子（NPs）中光学激发的局域表面等离子体共振（LSPRs）会产生有益的热效应和非热效应。非热效应（如亚波长尺度下的场增强与局域化、光生热载流子）已被广泛利用，而对高度局域化光热加热的关注正在复兴。这两种效应可能协同作用（如提高光催化过程效率），也可能相互拮抗（如加速表面增强光谱中分析物的脱附）。为比较这些效应如何依赖于纳米粒子的成分与尺寸，我们报道了十九种金属在可见-太阳光（1.7-4.1 eV）和紫外（3.1-6.2 eV）波段的热学与非热学特性定量研究，包括常规等离子体材料（金、银、铜）、碱土金属（镁）、后过渡金属（铝、镓、铟）及多种过渡金属。该对比分析采用反映纳米粒子电阻损耗与电场增强因子的品质因数。
关键词： 光热加热、纳米粒子、近场增强、等离子体学、金属
更新于2025-09-23 15:19:57
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等离子体二聚体中近场增强与退相位时间的相关性
摘要： 近场增强和退相位时间在局域表面等离激元共振的多个应用中起着关键作用。本研究以金二聚体系统为例，通过时间分辨光发射电子显微镜揭示了近场增强与退相位时间之间的关联。与孤立粒子相比，具有小间隙的二聚体展现出更强的近场增强和更短的退相位时间。数值模拟结果很好地复现了这些现象，并通过耦合偶极近似模型进一步阐释。研究还阐明了近场/远场耦合及等离激元局域化在平衡近场增强与退相位时间中的作用。
关键词： 退相位时间、时间分辨光发射电子显微镜、近场增强、等离子体二聚体、耦合偶极近似模型
更新于2025-09-23 15:19:57
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环形激光束照射下原子力显微镜针尖近场增强的模拟
摘要： 由激光束照射的原子力显微镜（AFM）针尖下方产生的近场增强效应，在纳米焊接、纳米操纵、纳米刻蚀等多种纳米加工技术中得到广泛应用。本文利用COMSOL Multiphysics建立了环形激光束照射AFM针尖的近场增强数值模型。结果表明：当AFM针尖受环形激光照射时，针尖顶端会产生强烈近场增强；包含基底的场分布曲线呈马鞍形，证实环形光束照射AFM针尖会在颗粒与针尖之间产生极高近场增强。此外，研究显示采用更高频率的环形激光照射时，针尖顶端的近场增强效应随之增强；当照射角度为60度、照射距离为65纳米时，近场增强达到峰值?；诟媒≡銮康氖的Ｄ饨峁稍て诨沸渭す庹丈銩FM针尖的系统将在纳米加工领域获得进一步应用。
关键词： 近场增强、纳米加工、COMSOL Multiphysics仿真、环形激光束
更新于2025-09-16 10:30:52
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采用"草图-剥离"技术制备的强耦合高质量等离子体二聚体天线
摘要： 采用氦离子束与镓离子束复合铣削技术，结合快速可靠的"草图-剥离"工艺，成功制备出具有优异品质因数且间隙距离小于6纳米的金纳米棒二聚体天线。通过偏振分辨线性暗场显微光谱对孤立二聚体天线的测试，证实了"草图-剥离"工艺相比传统离子束铣削技术具有更高的制备质量。研究表明两种工艺均能实现天线臂间的强耦合效应——"草图-剥离"工艺制备的天线品质因数超过14（接近理论极限），而传统工艺仅能达到6。有限时域差分法模拟光-二聚体天线相互作用的结果验证了等离子体二聚体天线强耦合特性的实验结论。该制备技术可实现具有个位数纳米级铣削精度的大规模等离子体/介质纳米结构阵列及超表面的快速制备。
关键词： 氦离子束光刻、近场增强、强耦合、等离子体纳米结构、草图剥离法、品质因数、单粒子暗场光谱学
更新于2025-09-16 10:30:52
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 太赫兹金纳米腔近场增强优化的天线锥度策略
摘要： 近年来，等离子体纳米天线（NAs）因其能在亚波长尺度约束光的能力而备受关注。近期，这一特性被应用于太赫兹（THz）频段（0.1-10 THz）以实现增强传感与光谱分析，以及更基础的研究。这些应用通常需要高局域电场——通过将THz辐射汇聚至天线末端极小亚波长体积内即可实现。然而传统棒状THz NAs的共振品质因数较低，严重限制了可实现的近场增强值。与红外领域的普遍认知不同，我们证明：通过引入最优锥度角，可获得比标准（线状）偶极THz NAs更高品质因数及至少两倍的局域近场增强。为评估锥度角对天线性能的影响，首先建立了简化的准解析模型：将每个NA视为由半径递增的金圆柱体构成的截头圆锥，使沿NA传播的表面模式有效折射率沿主轴渐变。获取两端表面模式的反射系数后，NA可视为法布里-珀罗谐振器并解析计算其共振特性。该模型揭示了大锥度角（导致大端低反射系数）与小锥度（受表面模式高传播损耗影响）之间的权衡关系，从而确定最优锥度角。随后采用基于有限元法的COMSOL Multiphysics仿真验证该预测。设计制备了60纳米厚金锥形NA二聚体（臂长45微米以在1 THz附近共振，相对尖端间距30纳米、尖端宽100纳米的蝶形结构），通过改变0°至10°锥度角α数值模拟间隙近场增强。发现平面金NA二聚体的近场强度随锥度角增大而提升，在α=3.4°时达到峰值。为实验验证，采用电子束光刻在高阻硅衬底制备金锥形NA二聚体阵列，THz时域（远?。┕馄淄干洳馐韵允居呕缎谓峁谷肥堤嵘斯舱衿分室蚴＝崧郾砻鳎何颐翘岢隽艘恢钟行壹虮愕姆椒ɡ唇徊教嵘偷骺豑Hz NAs的局域场增强效应。
关键词： 等离子体纳米天线、锥度角、近场增强、品质因数、太赫兹
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于共轭极点-留数对的FDTD方法评估超快瞬态等离子体近场
摘要： 稳态条件下等离子体纳米结构光学特性的研究极大受益于数值方法的发展，其中时域有限差分法（FDTD）应用广泛。然而，利用这些数值工具评估超短激光脉冲触发的瞬态等离子体光学响应时，因难以在合理计算时间内处理材料光学性质的微小变化而受到限制。但许多基于这种超快响应的研究都依赖于纳米结构周围近场形貌的动力学特性。本文提出采用复共轭极点-留数对（CCPRP）方法来弥合这一差距，开发了基于CCPRP的FDTD模拟器。首先提供了验证FDTD模拟端到端精度的简易方法，随后结合三温模型，该方法能计算金纳米粒子（AuNP）吸收亚皮秒激光脉冲时内部及周围的超快瞬态近场。将AuNP内外场强度的瞬态变化与米氏理论计算结果进行对比，最终分析了瞬态场强度随纳米粒子表面距离及激光脉冲吸收延迟时间的变化规律。
关键词： 超快、共轭极点-留数对、纳米粒子、等离子体学、近场增强、时域有限差分法
更新于2025-09-11 14:15:04
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混合核壳等离激元纳米探针近场增强与光谱可调性的理性设计与优化
摘要： 在生物学领域，传感是推动发现的主要动力。核心挑战在于创建一套探针体系——既能实现近单分子级灵敏度，又可同步完成"组织透明"近红外波段的多重传感与成像。表面增强拉曼散射和金属增强荧光技术已展现出解决该需求的巨大潜力。本文提出一种理性设计与优化策略：通过构建多层核壳结构的纳米探针，将不同等离激元材料以介质层间隔叠合。研究发现这种多共振结构中较低能量的共振峰具有从可见光到近红外波段的高度可调性。相较于传统单金属壳核壳纳米颗粒，该结构能通过双核壳界面的差异化耦合实现显著更强的近场增强效应。目前尚未充分探索的二聚体构型组合，不仅能提升近场增强效果，更可通过（常规手段无法获得的）高阶共振模式实现多重传感。这些理论计算为应用兼具便捷光谱调控与超高灵敏度的混合多层结构开展生物分子传感开辟了新途径。
关键词： 等离子体纳米探针、近场增强、混合核壳结构、生物分子传感、光谱可调性、多重传感
更新于2025-09-11 14:15:04