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《清华大学》 2010年
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金属纳米结构的光学性质研究

张青  
【摘要】:近十年,贵金属(如Au、Ag等)纳米结构因其丰富的表面等离激元特性而受到人们的广泛关注。表面等离激元是一种存在于金属表面的自由电子集体振荡,其共振频率及诱导的局域电磁场随纳米结构的形状、尺寸及周围介质显著变化。由于其独特的光学性质,金属纳米结构在生物探测、超分辨成像、亚波长光通信等领域有非常重要的应用前景。在本论文中,我们研究了三种Ag纳米结构的光学性质。 (1)Ag单晶纳米环结构的远场散射聚焦性质研究。在激光斜照射下,Ag纳米环内出现强度不等的双焦点。我们证明双焦点来源于纳米环上各点散射光在远场的干涉,而其表面等离激元则决定了焦点的强度。使用时域有限元分析及数值积分方法,我们模拟了远场散射及表面等离激元的分布,结果与实验十分符合。 (2)单个Ag纳米颗粒对半导体CdS纳米线的荧光Fabry-Pérot振荡的调制研究。基于表面等离激元共振效应,位于CdS纳米线侧面的Ag纳米颗粒可诱导一个新的共振腔,调制纳米线的荧光Fabry-Pérot振荡。通过移动Ag纳米颗粒的横向与纵向位置,我们能系统地调制荧光的共振波长及其相对强度。我们还发现,位于纳米线端面的Ag纳米颗粒增强了纳米线的品质因子Q(56%),并导致了纳米线内共振模式的π相位等效移动。 (3)Ag纳米线表面等离激元传播及其导致的表面增强拉曼散射(SERS)研究。光只有在纳米线的端点、颗粒吸附处等hot-spots才能耦合输入及输出。使用显微共聚焦拉曼光谱系统,我们成功探测到了表面等离激元传播导致的SERS信号。结果显示,SERS的强度与等离激元的传播距离呈指数衰减,可激发SERS的传播距离达10μm,与以往报道相符。 超高真空可以防止各种污染带来的影响,获得极高纯度的样品,极大推动了基础科学的发展。在本论文中,我们成功搭建了一套超高真空原位光学系统,它包含分子束外延、扫描隧道显微镜、光电子能谱、拉曼/吸收光谱等。在此系统上,我们探测了Si(111)-7×7的拉曼散射信号,结果与以往报道十分符合。同时,我们测量了分子束外延生长的拓扑绝缘体Bi_2Te_3薄膜的吸收谱随层厚的变化。当膜厚从1QL增至2QL时,吸收谱出现突变,这可能与薄膜的拓扑绝缘态的形成有关。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

【参考文献】
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