金属纳米球-纳米圆盘结构中表面等离激元共振模式的电磁场增强研究

作     者：李梦君 方晖 LI Meng-jun;FANG Hui

作者机构：唐山师范学院物理科学与技术学院河北唐山063000 深圳大学微纳光电子学研究院/纳米光子学研究中心深圳市微尺度光信息技术重点实验室广东深圳518060 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2022年第42卷第4期

页      面：1098-1103页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家重点基础研究发展计划项目(2015CB352004) 唐山市科学技术研究与发展计划项目(20130220b) 唐山师范学院科学研究基金项目(2019A07)资助 

主　　题：微纳光学 金属纳米球-纳米圆盘 表面等离激元共振 电磁场增强 

摘      要：表面等离激元自诞生以来已有一百多年的历史,并逐渐形成了一门新的学科——表面等离激元光子学。位于金属纳米结构中的局域表面等离激元可产生非常显著的近表面电场增强,并成功应用于诸多研究领域当中,而对局域表面等离激元与外界入射光中磁场的相互作用的研究则相对较少。该研究在前期已有的研究基础之上模拟计算了金属纳米球-纳米圆盘结构间隙处的近表面电、磁场增强,研究结果表明该结构在单束紧聚焦径向偏振光束的激发下,金属纳米圆盘产生局域表面等离激元呼吸模式和上下表面处的电偶极矩模式,该模式使圆盘中心纵向表面电场得到增强。由于金属纳米圆盘与金属纳米球的局域表面等离激元电偶极矩的耦合共振相互作用,可以形成纵向电场得到有效增强的局域表面等离激元共振间隙模式。通过数值模拟计算研究,证明该金属纳米结构间隙模式的纵向电场分量相对于径向偏振入射光的有效激发横向电场分量即近表面电场的增强因子高达250倍;而近表面磁场的增强因子高达170倍。为了更清晰地展现出这种新型金属纳米结构的光谱特性以及近表面电、磁场分布特征,还展示出了该金属纳米结构的近表面电场增强分布、近表面磁场振幅分布以及近表面电、磁场共振波长的对比分析,计算结果表明所提出的金属纳米球-纳米圆盘结构具有明显的局域近表面电、磁场增强优势以及较宽的频谱波段。由于本文提出的金属纳米结构具有电、磁场增强优势,希望计算结果能应用到更多的研究领域当中,尤其是生物医学等领域,为人们抗击疫情提供一点点参考和帮助。