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平面复合金属微纳结构的圆二色性研究

物理学报 2020年第10期69卷 195-202页

作者：吐达洪·阿巴屈瑜白俊冉张中月陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710119

圆二色性效应在圆偏振器、光调制器及光电器件等方面具有广泛的应用.为提高平面金属微纳结构的圆二色性,本文设计了由无限长纳米线和G形微纳结构组成的平面复合金属微纳结构,并应用有限元方法研究了该阵列微纳结构的圆二色性特性.数值... 详细信息

圆二色性效应在圆偏振器、光调制器及光电器件等方面具有广泛的应用.为提高平面金属微纳结构的圆二色性,本文设计了由无限长纳米线和G形微纳结构组成的平面复合金属微纳结构,并应用有限元方法研究了该阵列微纳结构的圆二色性特性.数值计算结果显示,在圆偏振光的激发下,G形微纳结构和平面复合金属微纳结构均出现了电偶极子、电四极子和电八极子等共振模式.当G形微纳结构与无限长纳米线连接时,各共振波长均发生红移,并且无限长纳米线增加了不同圆偏振光激发下的局域表面等离激元共振强度,从而使得平面复合微纳结构的圆二色性信号明显增强.此外,还研究了平面复合微纳结构阵列的几何参数对其圆二色性特性的影响.这些结果为提高平面手性微纳结构的圆二色性信号强度提供一定的指导思路和方法.

关键词：手性微纳结构吸收特性圆二色性表面等离激元

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蜂窝状椭圆孔洞吸收器圆二色性研究

物理学报 2020年第20期69卷 293-301页

作者：余鹏王保清吴小虎王文昊徐红星王志明电子科技大学基础与前沿研究院成都610054 山东高等技术研究院济南250100 武汉大学物理科学与技术学院武汉430072

手性结构的圆二色吸收已经被广泛应用于分析化学、工业制药、生物监测等领域.然而天然手性结构与光的相互作用很弱.等离激元光学纳米结构能大幅度增强光-物作用的能力.在制备可见-近红外手性等离激元超吸收结构的过程中,通常存在吸收率... 详细信息

手性结构的圆二色吸收已经被广泛应用于分析化学、工业制药、生物监测等领域.然而天然手性结构与光的相互作用很弱.等离激元光学纳米结构能大幅度增强光-物作用的能力.在制备可见-近红外手性等离激元超吸收结构的过程中,通常存在吸收率与样品制备面积的折中,即可大面积制备结构的圆二色性较小.为提高可大面积制备手性等离激元吸收器的圆二色性,本文设计了蜂窝状排列的椭圆孔洞吸收器,并研究了其吸收、圆二色性和光学g因子.通过合理的设计,数值计算结果显示,在手性光的激发下其圆二色值可达约0.8,对应光学g因子可达约1.7.巨大的圆二色性来源于倾斜椭圆结构对结构对称性的破坏,且倾斜角对圆二色性的影响很大.本结构可利用纳米球光刻法制备,对制备大规模手性等离激元吸收器具有一定的指导意义.

关键词：光吸收圆二色性等离激元手性

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双层开口环的圆二色性数值研究

计算物理 2019年第3期36卷 357-362页

作者：温小静屈瑜陈城钊韩山师范学院物理与电子工程学院广东潮州521041 陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西西安710119

基于琼斯矩阵的推导提出一种金属手性纳米结构-双层开口环阵列结构,其开口方向扭转一定角度以破坏对称性,并应用有限元方法研究圆二色性(CD)特性.研究表明:在左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的激发下,该结构表现出巨大差异使得CD产生,其CD... 详细信息

基于琼斯矩阵的推导提出一种金属手性纳米结构-双层开口环阵列结构,其开口方向扭转一定角度以破坏对称性,并应用有限元方法研究圆二色性(CD)特性.研究表明:在左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的激发下,该结构表现出巨大差异使得CD产生,其CD值达到0.34.结构的电流分布表明,在短波长处,上下层圆环的等效偶极子耦合可形成反键模式,在长波长处,上下层圆环的等效偶极子耦合可形成成键模式,研究结构参数对CD的影响.理解圆二色的物理机制,并提供一种设计手性结构的方法.

关键词：手性表面等离激元有限元方法圆二色性

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手性超表面的圆二色性数值研究

手性超表面的圆二色性数值研究

作者：覃伟根四川师范大学

学位级别：硕士

手性与物体的对称性密切相关,通常手性被理解为物体缺乏镜像对称,而非手性意味着存在镜像对称。手性介质广泛地存在于自然界中的各种宏观和微观系统中。圆二色性（Circular Dichroism,CD）通常是指手性介质对左旋圆偏振光（Left-circula... 详细信息

手性与物体的对称性密切相关,通常手性被理解为物体缺乏镜像对称,而非手性意味着存在镜像对称。手性介质广泛地存在于自然界中的各种宏观和微观系统中。圆二色性（Circular Dichroism,CD）通常是指手性介质对左旋圆偏振光（Left-circularly Polarized Light,LCP）和右旋圆偏振光（Right-circularly Polarized Light,RCP）的吸收率的差异。探测微观物质的手性光学响应是确定微观物质微观结构的重要方法。但是自然界中存在的手性介质的光学响应一般比较微弱,且大多位于紫外波段,这极大的限制了检测的灵敏度以及各种实际应用。而金属手性超材料在入射的圆偏振光的激发下,会发生表面电子的振荡,从而将能量局域在一个很小的范围内,大大增强金属手性结构的圆二色性响应。本文在之前已有的研究基础上进一步设计了两种手性超表面:H形金属手性超表面,和悬链线形的金属手性超表面,并研究了它们的圆偏振光的激发下的圆二色性效应和产生圆二色性信号的物理机制。本文的主要研究工作如下:（1）设计了一种双层H形金属结构（Double Twisted H-shaped metal sheets,DTH）模型,通过扭转上层H形金属一定的角度破坏结构的对称性,使其具有手性。利用数值仿真软件CST计算了DTH模型在RCP和LCP的激发下的透射谱和CD谱,研究其在RCP和LCP各自的共振频率处的表面电流分布。结果表明:在RCP和LCP的共振频率处,RCP和LCP在DTH模型的上下金属表面激发的电流分布不同,上下金属表面的等效电偶极子的耦合方式也不同,导致在圆偏振光的共振频率处,RCP和LCP的透射率差异较大,从而产生比较大的CD信号。另外,研究了结构参数对CD信号的影响,通过优化结构参数,可以调整CD信号的位置和大小,在合适的结构参数下,在RCP和LCP的激发下,DTH模型可以产生高达0.6的CD信号。（2）设计了一种悬链线形状的手性超表面（Catenary-shaped Chiral Metasurface,CCMS）。通过旋转上层悬链线形的金属片,破坏结构的对称性,使结构具有手性。同样地,利用数值仿真软件CST计算了该结构在微波段的透射率和圆二色性信号。模拟该模型在圆偏振光的共振频率处的上下表面电流的分布以研究CD信号产生的物理机制。研究表明:在RCP的激发下,在共振频上下层的悬链线形的金属表面的等效电偶极矩耦合形成“成键”模式。而在LCP的激发下,上下层的悬链线形的金属表面的等效电偶极矩耦合形成“反键”模式。这表明该结构产生圆二色性信号的机理符合Born-Kuhn模型。此外还研究了上下层的悬链线形的金属表面的扭转角度θ,中间介质层的厚度d,以及模型的周期p等结构参数对CD信号的影响。通过优化结构参数,CCMS手性超表面可以产生高达0.68的CD信号。

关键词：超表面手性圆二色性 Born-Kuhn模型数值模拟计算

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手性金纳米粒子的圆二色性研究

手性金纳米粒子的圆二色性研究

作者：李欣宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

手性金纳米材料,因其创新的基础理解以及在光学、催化和传感方面的潜在应用而引起了极大的研究兴趣。手性金纳米材料的主要研究对象是各种不同类型纳米结构,包括非手性纳米结构在手性分子的诱导下形成的手性复合物,多个非手性纳米结构... 详细信息

手性金纳米材料,因其创新的基础理解以及在光学、催化和传感方面的潜在应用而引起了极大的研究兴趣。手性金纳米材料的主要研究对象是各种不同类型纳米结构,包括非手性纳米结构在手性分子的诱导下形成的手性复合物,多个非手性纳米结构以手性分子为模板组成的手性组装体,以及不对称生长得到的螺旋纳米结构,主要研究方向是这些手性金纳米结构的圆二色性以及相关应用。手性物质圆二色性的主要研究手段是圆二色谱,通过理论计算、仿真模拟或者仪器测量得到圆二色谱并分析谱图中所反映的信息。但实验测得的圆二色谱通常反映的是大量手性物质在溶液中集体平均的结果,并不能够反映个体的圆二色性,很多个体的特殊性质在圆二色谱中会因为强烈的平均效应而消失。扫描圆二色显微成像系统通过对偏振光进行高频调制,可以探测极其微弱的信号,利用不同的探测波长在一定区域内针对手性材料对于左旋和右旋圆偏振光的差分消光进行单点角度扫描和微区显微成像,分析区域内单个手性纳米结构的圆二色性,当探测波长覆盖足够宽的光谱范围,就可以得到单个手性纳米结构的圆二色谱,从而与含有大量同种手性物质溶液的圆二色谱进行比较,分析单个手性纳米结构特殊性质。本论文分析了非手性金纳米粒子在手性分子的诱导下产生光学手性的机制并推导得到诱导手性金纳米粒子圆二色性的表达式,计算得到了相应的圆二色谱,得到了纳米粒子表面等离激元对手性分子圆二色性的增强效应。并制备了利用L-半胱氨酸修饰的诱导手性金纳米粒子,从样品的圆二色谱中发现了金纳米粒子在其等离激元520 nm共振峰处对L-半胱氨酸圆二色性的增强效应。本论文利用探测波长可变的扫描圆二色显微成像系统对于单个螺旋金纳米粒子角度扫描实验和一定区域内多个螺旋金纳米粒子的显微成像实验,得到了多个粒子在不同探测波长下的信号响应,并测得了区域内每个螺旋金纳米粒子的光谱。

关键词：圆二色性诱导手性金纳米粒子等离激元增强效应扫描圆二色显微成像螺旋金纳米粒子

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手性HgS纳米晶的制备及其圆二色性研究

手性HgS纳米晶的制备及其圆二色性研究

作者：韩福广哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

手性是描述物体与其镜像不可重叠的一种几何性质。通常手性是针对于手性分子的一种性质,但是将手性这一通常针对分子而言的定义应用到纳米尺度的物体上,可以得到手性纳米结构。手性纳米结构中无机纳米晶十分有研究意义。无机纳米晶具有... 详细信息

手性是描述物体与其镜像不可重叠的一种几何性质。通常手性是针对于手性分子的一种性质,但是将手性这一通常针对分子而言的定义应用到纳米尺度的物体上,可以得到手性纳米结构。手性纳米结构中无机纳米晶十分有研究意义。无机纳米晶具有独特的尺寸或形状依赖的物理和化学性质,在光子学、电子学、催化和生物学等多个领域提供了广泛的研究和开发可能性。硫化汞是一种典型的半导体无机手性晶体。其有两种不同的晶体结构,其中一种结构为手性结构。表面配体诱导合成法是制备高质量手性纳米晶的有效方法。本文利用此方法,合成了约10-15 nm的手性硫化汞纳米晶并利用光学成像系统对其圆二色性进行研究,利用数值模拟对HgS纳米晶的圆二色性进行分析。手性纳米晶有着独特的手性光学现象,其中研究最为广泛的为其圆二色性。圆二色性表现为其对左旋和右旋圆偏振光的吸收存在差异。研究手性光学的基本方法有旋光光谱、圆二色谱以及圆二色荧光光谱,但这些方法都存在着一些不足。本论文利用纳米晶的圆二色性采用基于扫描偏振调制显微成像技术的光学成像系统,在540 nm的波长下实现对于硫化汞纳米晶团聚体的圆二色成像及不对称性因子测量。探究了系统中圆二色成像的影响因素,成功实现对于1μm左右以及100 nm左右的纳米晶团聚体的圆二色成像,并测量得到其团聚体的不对称性因子的数量级为10。利用基于麦克斯韦方程组的经典方法对纳米尺度下的空气中的硫化汞纳米晶的手性吸收球模型进行圆二色性研究。利用手性介质的麦克斯韦本构方程计算了手性吸收球的吸收特性以及圆二色性,计算并分析了不同半径手性吸收球的两种机制所产生的圆二色谱变化。圆二色性的产生分别来源于手性球内部HgS纳米晶的手性特性和周围环境与手性介质球边界处的近场相互作用。改变吸收球的大小,发现两种机制所产生的圆二色性都与手性吸收球的半径有关。

关键词：圆二色性硫化汞无机手性纳米晶偏振扫描显微成像技术手性吸收球模型

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棒状手性微纳结构的圆二色性研究

棒状手性微纳结构的圆二色性研究

作者：何国立湖南大学

学位级别：硕士

手性结构广泛存在于自然界中,生物的基本构成单元蛋白质与DNA其实也是手性结构。虽然手性结构与其对映体的基本物理性质相似但是化学性质却截然不同,所以识别手性结构在生物与化学等研究领域中具有极其重要的意义。而对于手性结构进行... 详细信息

手性结构广泛存在于自然界中,生物的基本构成单元蛋白质与DNA其实也是手性结构。虽然手性结构与其对映体的基本物理性质相似但是化学性质却截然不同,所以识别手性结构在生物与化学等研究领域中具有极其重要的意义。而对于手性结构进行检测则往往需要利用到圆二色性。圆二色性这一性质广泛存在于手性结构中,表现为对左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的区别吸收。而传统的光电探测仪器往往较为庞大,不利于集成实现微型化与多功能化。然而通过人造亚波长超颖结构,研究者往往能获得很多新奇的性质并且结构的尺寸也利于集成,很好地克服了传统技术的缺点。基于以上考虑,本论文设计了两种棒状超颖结构阵列,通过时域有限差分法对结构进行模拟,研究其在圆偏振光入射条件下的圆二色性。在本论文中获得的研究结果主要体现如下:1.通过琼斯矩阵对一类棒状结构进行运算,探究其对光场的调控。通过计算发现棒状结构主要通过几何参数还有旋转的角度两个方面对光场进行调控。其结果可以为今后棒状手性结构的设计提供借鉴。2.本文提出了双层手性纳米银棒结构,并对该结构的圆二色性效应与物理机制进行了研究。计算了银棒长度与宽度对圆二色性峰值的影响且优化了其几何参数。并通过研究下层棒的旋转角度实现了最大的圆二色性峰值。结果表明该类结构的圆二色性对上下层棒的几何结构较为敏感,对类似手性结构的设计具有指导意义。3.本文提出了三层手性棒状结构,通过时域有限差分法对该结构进行模拟计算,从而研究了该结构的圆二色性效应。通过改变下层棒的旋转角度,该结构实现了对入射光圆二色性的反转。经过对结构参数的优化实现最大0.969的圆二色性峰值。通过引入狄拉克半金属,该结构可以借助改变狄拉克半金属的费米能实现在12微米范围内对圆二色性峰值对应波长的动态调节。并且本文还对该类结构对于入射光的偏振转换进行了研究。通过改变入射光的入射角与上下层棒的相对位置本文发现该结构在斜入射与位置偏移的情况下都有较强的鲁棒性。

关键词：圆二色性超颖结构手性光电探测器

Zn(Ⅱ)与双苯并咪唑配合物的合成、圆二色性和荧光性质

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安徽化工 2022年第1期48卷 46-48页

作者：王卓渊林香凤省部共建药用资源化学与药物分子工程国家重点实验室(广西师范大学) 广西桂林541004 广西师范大学环境与资源学院广西桂林541004

合成了Zn(Ⅱ)与1,2-亚苯基-双苯并咪唑(PBBM)的配合物,采用元素分析、UV、IR、摩尔电导率等进行表征。圆二色性研究发现,配合物在208 nm和230 nm处呈正科顿效应。荧光性质研究表明,配合物的特征荧光发射峰出现在450 nm和604 nm处,荧光... 详细信息

合成了Zn(Ⅱ)与1,2-亚苯基-双苯并咪唑(PBBM)的配合物,采用元素分析、UV、IR、摩尔电导率等进行表征。圆二色性研究发现,配合物在208 nm和230 nm处呈正科顿效应。荧光性质研究表明,配合物的特征荧光发射峰出现在450 nm和604 nm处,荧光寿命τ450和τ604分别为0.44 ns和0.31 ns。Zn(Ⅱ)配合物可发射白色荧光,是良好的荧光材料。

关键词： 1,2-亚苯基-双苯并咪唑 Zn(Ⅱ)配合物合成圆二色性荧光性质

基于相变材料GST的圆二色性可调谐外在手征超表面设计

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光电工程 2022年第10期49卷 97-106页

作者：史卓琳贺景琳王金金邵汉儒董建峰宁波大学信息科学与工程学院浙江宁波315211

本文提出了一种基于相变材料Ge_(2)Sb_(2)Te_(5)(GST)的圆二色性可调谐外在手征超表面,该超表面由两层对称的银(Ag)方形开口谐振环和GST中间层单元周期排列而成。结合斜入射光线,该超表面能实现与手征结构相同的电磁特性。数值模拟结果... 详细信息

本文提出了一种基于相变材料Ge_(2)Sb_(2)Te_(5)(GST)的圆二色性可调谐外在手征超表面,该超表面由两层对称的银(Ag)方形开口谐振环和GST中间层单元周期排列而成。结合斜入射光线,该超表面能实现与手征结构相同的电磁特性。数值模拟结果表明:该超表面在50 THz~300 THz的频率范围内,GST为非晶态时,圆二色性(CD)值最大为0.85;GST为晶态时,CD值最大为0.52。当GST在两种相态(非晶态-晶态)之间切换时,实现了70 THz左右的频率调谐。通过研究电场分布,解释了圆二色性产生的原因;还研究了入射角和结构参数对该超表面圆二色性的影响。这项研究在光频段高效偏振调制器件、圆偏振器和偏振滤光器等方面有潜在的应用价值。

关键词：超表面外在手征圆二色性可调谐