资源描述：
《表面等离激元研究新进展_王振林》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第29卷第3期物理学进展Vol.29No.32009年9月PROGRESSINPHYSICSSep.2009文章编号:1000-0542(2009)03-0287-38表面等离激元研究新进展王振林(南京大学物理系,固体微结构物理国家重点实验室,南京210093)摘要:随着理论研究的深入和现代微加工技术的进步,对支持表面等离激元的金属微纳结构体系的研究已形成了一门新兴学科方向,即表面等离激元光子学。由于表面等离激元具有独特的光学特性,在数据存储、超分辨成像、光准直、太阳能电池、生物传感器以及负折射材料等方面有着重要的应
2、用前景,成为当前广受国内外学者重视的热点研究领域之一。本文对表面等离激元的特点、基本现象,以及其带来的新颖效应及其应用研究前景的最新发展进行了介绍。关键词:表面等离极化激元;局域表面等离激元共振;增强光透射;传感;超构材料;金属开口环;电偶极子共振;磁共振;负折射;超透镜;隐身;亚波长光波导;量子效应;波粒二象性中图分类号:O48文献标识码:A表面等离激元(LocalizedSurfacePlasmon,LSP)共1表面等离极化激元简介振两种。早在一百年前,人们就认识到贵金属(合金)纳在最近十年,与表面等离激元(su
3、rfaceplas-米颗粒在可见光区表现出很强的宽带光吸收特[1]mon,SP)有关的研究取得了众多令人鼓舞的新进征。这种现象实质上是由于费米能级附近导带上展,而且迅速向其它领域交叉渗透,新的研究分支不的自由电子在电磁场的驱动下在金属表面发生集体断出现。国内关于与表面等离激元有关的研究进展振荡,产生所谓局域表面等离激元;共振状态下电磁[1]介绍已经一些报道,涉及表面拉曼增强,传感器场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体[2][3][4][5]件,纳米光子学,左手材料,亚波长光学,及振动能。我们可简单通过计算颗粒
4、表面局域电场的[6][9]其它一些应用技术。2008年,PanStandord出版增强因子(Eloc/Ein)证实这种Fröhlich共振。对于社出版了一本由南丹麦大学S.I.Bozhevolnyi主编尺寸远小于共振波长的球形颗粒而言,可以采取静[10]的、题为《PlasmonicNanoguidesandCircuits》的文电偶极子近似,此时介质球的极化率可表示为:[7]集,书中围绕各种SP波导,收集了12个专题论3εp-εmα=4πa(1)εp+2εm述。本文希望能够向国内的读者较为全面地介绍一式中a为颗粒的半
5、径,εp为颗粒的介电常数,εm为背下当前与表面等离激元有关的最新研究进展,所采取的视角侧重相关的基本物理原理。景介质的介电常数。由于电场增强因子Eloc/Ein∝有关surfaceplasmon的中文翻译,一直存在不α,因此存在一个共振频率ωr满足关系式:同的译法,尤其是不同的学科之间由于习惯的差异Re[εp(ω)]=-2εm(2)和历史的原因。赵凯华先生曾建议把surfaceplas-假设金属颗粒的介电常数可以用Drude模型εp(ω)[8]22mon翻译成表面浆子。在本文中,作者采取把=1-ωp/ω,并且假设ωp
6、=4.0eV。从上面的推导surfaceplasmon译成表面等离激元,包括表面等离可以得出ωr=2.309eV。另一方面,亦可以采用数极化激元(SurfacePlasmonPolariton,SPP)和局域值计算方法得出该金属纳米颗粒的消光谱,如图1a收稿日期:2009-07-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.10734010、50771054、10804044)、国家重点基础研究发展规划项目(973计划,No.2007CB613204)和(量子调控计划,No.2006CB921805)、国家杰出青年科
7、学基金(No.10425415)、国家教育部博士点基金资助项目(No.200802840006)的资助＊Email:zlwang@nju.edu.cn288物理学进展第29卷所示。从图中可以看出,消光谱的峰值出现在ωr-ext=2.297eV,这一数值与偶极子计算结果相吻合,说明了偶极子静电近似成立。图1b给出的是在LSP共振情况下金属纳米颗粒附近的电场分布情况,可以看出在共振状态下颗粒表面电场最强,增强因子3可达到10。图1(a)半径为10nm的球形金属纳米颗粒的消光谱;(b)在共振状态下颗粒表面的光场分布情况LS
8、P共振在金属纳米颗粒光学性质中扮演着关键的角色。一个非常重要的特性是LSP共振频率与图2半径为10nm的球形金属纳米颗粒的消光谱(a),在金属颗粒的形状、尺寸、组分以及环境媒质有密切的共振ω=2.069eV(b)和非共振ω=1.676eV(c)状[11]关系。对于球形或椭球形颗粒,通过Mie散射理态下颗粒表面的光场分布情况。注意(b)和(c)中
