C60富勒烯二聚物的等离激元激发.pdfVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 12 (2014) 127303 C 富勒烯二聚物的等离激元激发 尹海峰 张红 岳莉 1)(凯里学院物理与电子工程学院, 凯里 556011) 2)(四川大学物理科学与技术学院, 成都 610065) ( 2014 年1 月6 日收到; 2014 年3 月13 日收到修改稿) 基于含时密度泛函理论, 研究了C 富勒烯二聚物的等离激元激发. 当两个C 分子靠近, 分子之间的 间隙较大, 通过电容性相互作用时, 二聚物的低能等离激元共振模式随着间隙的减小发生红移. 进一步减小间 隙时, 由于电子的隧穿, C 富勒烯二聚物的等离激元共振模式发生了改变, 长程电荷转移激发模式形成. 与 金属纳米结构二聚物不同, 当再继续减小间隙时, 长程电荷转移激发模式没有发生蓝移, 而是继续红移. 在可 见光范围内, C 富勒烯二聚物有很强的吸收光谱. 关键词: 等离激元, C 富勒烯二聚物, 含时密度泛函理论 PACS: 73.61.Wp, 73.20.Mf, 73.21.–b DOI: 10.7498/aps.63.127303 米颗粒二聚物等离激元的研究有助于理解更复杂 1 引 言 的纳米结构之间等离激元的杂化机理. 作为一般的 特征, Nordlander 等1618 的研究发现金属纳米颗 富勒烯分子是当前纳米光电子技术中分子器 粒二聚物间存在三种截然不同的相互作用区. 当 件的重要组成部分. 自1985 年C 分子被发现后, 纳米颗粒之间的间距较大, 二聚物在外场的作用下 人们对富勒烯分子做了大量的理论和实验研究, 发 现这些材料具备许多优异的物理化学性质17 . 其 发生等离激元共振时, 由于纳米颗粒之间的势垒较 大, 两个纳米颗粒仍然保持电中性. 二聚物中的等 中, 富勒烯分子等离激元的研究近年来越来越受到 关注813 . 这主要是由于富勒烯分子中的等离激 离激元共振能量点随着纳米颗粒间距的减小, 发生 单调的红移. 该相互作用区可以称为经典作用区. 元在太阳能电池、纳米光电子学、生物传感器以及 医学治疗等方面具有着重要的应用813 . 实验上, 当纳米颗粒之间的间距进一步减小, 在经典和量子 Keller 和Coplan14 用电子能量损失谱研究了C 的交叉区域, 由于两个纳米颗粒间的势垒降低了, 分子中电子的聚集激发, 发现体系中存在两个主要 电子可以较容易地隧穿过势垒, 在两个纳米颗粒间 的等离激元共振带. 理论上, Rubio 等15 基于含时 来回运动, 量子效应开始发挥作用. 当两个金属纳 密度泛函理论, 采用球平均赝势模型研究了C 分 米颗粒之间的间隙只有几埃时, 在纳米颗粒二聚 子的等离激元激发, 发现两个主要的等离激元共振 物中电荷转移等离激元激发模式将会形成16 . 该 带分别为 和 等离激元共振带. 等离激元 等离激元共振模式随着间隙的进一步减小发生蓝 共振带位于6 eV 附近, 而 σ 等离激元共振带位 移. 由于纳米颗粒的等离激元激发特性依赖于纳米 于20 eV 附近.