控制等离子体.pptVIP

低维金属结构的原位生长控制以及对等离激元物性的影响 ; 表面等离激元（Surface Plasmon）是在金属表面和金属/电介质界面上的电子集体振荡，该现象自上世纪50年代从理论上预言并在实验上验证。表面等离子体与光的耦合作用使得人们可以制造表面等离子体光学器件来控制光的传播，实现光子计算。 制备各种低维金属结构，并研究表面等离子体在这些结构中的激发，传播及其与光的相互作用等，形成了一门新兴的表面等离激元光学(Plasmonics)。 ; 等离激元，尤其是纳米结构中的等离激元，几十年来一直是人们研究的热点之一。由于几何结构的限制，纳米结构中的等离激元不同于体相以及表面等离激元，是一种局域的电荷集体振荡。它的一个重要特征是共振频率与纳米结构的几何形状密切相关. 更重要的是，通过改变纳米结构的几何参数，共振频率能够在很大范围内进行调节。; 然而，相对与众多的器件研究，目前对于表面等离激元的机理的研究尚十分匮乏。例如，理论的模拟只限于凝胶(jellium)模型，而无法处理晶体结构的影响。多数实验研究都是在大气中进行，尚未涉及到对金属表面和界面的原子量级的控制。至于低维小尺度结构中的量子效应对等离激元物性的影响则是刚刚触及。 ; 最近，P. Nordlander 和N. J. Halas [1-4]等人发现在Au-SiO2 壳核纳米颗粒中，等离激元的频率通过改变颗粒的大小能够从可见光区域调节到近红外区域，这种频率可调的局域等离激元无论是在基础研究上，还是在器件应用上如等离子体共振技术，表面增强拉曼等，都有着重要的作用。尤其是在光的传播方面有着极大的应用价值。但是，到目前为止，这种等离激元体系却相当的缺少。; 左图是金纳米壳包裹直径120nm的氧化硅绝缘核所组成的这种纳米粒子理论计算得到的随壳层厚度变化的光学共振特性。核的半径与壳的厚度的比在3到12之间变化时，共振峰大概在300纳米的范围内移动，而如果采用金属核、绝缘壳的结构，共振峰的平移只有不到20纳米的范围。并且通过理论预测铜或者银等其它金属也会具有这样的特性。; 图右是实验结果，其中（a）的氧化硅直径120nm，（b）中氧化硅直径340nm。各图下方的曲线是金壳形成之前的金种子溶胶附着物的光学吸收曲线，吸收峰从550nm平移到800nm。一旦壳层结构形成，吸收峰又向短波长方向移动，此时壳层越来越厚。虚线是理论拟合的结果，从右到左，理论拟合的壳层厚度分别为14、17、24和30nm±4nm，通过TEM测量的各厚度大概在20、26、29和33纳米。这种理论和实测的差别来源于核和壳大概都有4nm左右的表面粗糙。下图的理论拟合壳层厚度为17、35、48纳米，而TEM测量的厚度大概为18、39、53±12nm。 ;溶胶中的金颗粒在氧化硅表面慢慢的连在一起形成金属壳的过程。 ;逆向控制的方法是等金壳完全形成后，通过cysteamine腐蚀，减薄金壳厚度。 ;随腐蚀时间的消光谱和SEM测量的颗粒直径。可以看到随着腐蚀时间的增加，金壳层厚度越来越薄，而消光谱峰发生明显的红移。 ; 他们还研究了Au-SiO2-Au结构的纳米颗粒，发现其不仅具有更好的几何结构参数可调节性，而且在同样外尺寸条件下，通过改变内部的几何结构参数可以使共振峰发生平移，并且还可以强烈地改变吸收和散射截面。 ;Au-SiO2-Au纳米壳的形成过程 (b)是金纳米颗粒，半径为40nm±4nm,(c)是金颗粒涂上了一层15±2nm的SiO2层，(d)为Au/SiO2颗粒涂了一层2nm厚的金溶胶，(e)是形成的Au/SiO2/Au纳米壳，尺寸为[40,55,65]nm，图中标度是200nm。 ;从下往上尺度分别为[15,30,42],[20,30,42],[25,37,51],[25,37,47]的Au/SiO2/Au纳米壳结构的实验和理论消光谱以及SEM照片。 ;上述尺寸下，计算的吸收（红）和散射（黑）系数。可以看到改变内部结构参数就可以改变体系的光学特性，而外尺寸相同使之在实际应用中具有通用性。 ;P.Nordlander等人在Au-SiO2 壳核纳米颗粒中能够实现频率的调节，可是该局域等离激元的能量仍然太高。由于能量以及动量守恒定律的限制，能量过高的等离激元不能与许多低能的动力学过程发生相互作用，例如声子以及与光子的耦合等，这种局域等离激元并没有太大的实际应用价值。除此之外，在其它的体系中，如球形颗粒，其频率可调但调节的范围却相当的有限。在颗粒较小时，频率几乎固定在。 另外，R. Lazzari 等人最近对生长在MgO 衬底上的厚度约0.15纳米的Ag 团簇层的等离激元也进行了研究，结果表明该等离激元的能量仍在3.7 eV左右【文