金属双纳米棒表面等离子体耦合共振特性研究 - 华南师范大学学报.pdf

华南师范大学学报 （自然科学版） ２０１３年７月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＣＨＩＮＡＮＯＲＭＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ 第４５卷第４期 　　　　　　　　　　　　 Ｊｕｌ．２０１３ 　　　　　　　　　　　 （ＮＡＴＵＲＡＬＳＣＩＥＮＣＥＥＤＩＴＩＯＮ） 　Ｖｏｌ．４５　Ｎｏ．４ 文章编号：１０００－５４６３（２０１３）０４－００６９－０４ 金属双纳米棒表面等离子体耦合共振特性研究 刘海英 （华南师范大学信息光电子科技学院，广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室，广东广州５１０００６） 摘要：利用离散偶极子近似法，研究了金纳米棒双体结构之间的表面等离子体耦合共振特性．结果表明，当纳米棒之间 的排列方式和间距改变时，其表面等离子体共振消光峰发生红移或者蓝移，适当间距的金纳米棒双体结构可以产生更 强的局域表面增强电场．计算结果对于金纳米棒在纳米探测、纳米催化和生物传感等方面的应用具有一定的参考价值． 关键词：金属双纳米棒；消光光谱；场分布；表面等离子体激元耦合 中图分类号：Ｏ４３３　　　文献标志码：Ａ　　　ｄｏｉ：１０．６０５４／ｊ．ｊｓｃｎｕｎ．２０１３．０６．０１７ 　　金属纳米粒子具有非常奇异的光学性质，这种 特殊的性质来源于入射光与金属纳米粒子的自由电 １　离散偶极近似 子相互作用：当入射光的波长与自由电子的振动频 率发生共振耦合时，产生表面等离子体共振，在紫外 离散偶极子近似理论（ＤＤＡ）可应用于任意形 可见光谱上显示强的吸收峰．金属纳米颗粒的表面 状及尺寸粒子的吸收、散射及消光等光学性质的计 等离子体共振在分子检测、生物传感和材料学等领 算．ＤＤＡ理论与紫外－可见吸收光谱实验结合，已 域具有广阔的应用前景［１－４］，近年来可控排列金属 发展成为认识纳米粒子结构特点和光学特性的重要 纳米粒子的制备、表征技术及其特殊光学性质的研 手段．为计算任意大小及形状金纳米粒子的吸收性 究成为纳米材料研究领域的热点．金属纳米粒子的 质，ＤＤＡ理论将纳米粒子视为由Ｎ个偶极子构成的 立方阵列，每个偶极子的极化率张量设为 ，中心 α 光学和电学性质与其表面的等离子共振（ＳＰＲ）性质 ｉ 位置设为ｒ．每个偶极子在局域场Ｅ 的作用下产 密切相关，等离子共振中的消光现象由纳米颗粒对 ｉ ｌｏｃ 光的吸收和散射造成，并在金属表面产生局域表面 生的极化矢量为： Ｐ＝ ·Ｅ （ｒ）． （１） α 增强电场，局域表面等离子体共振（ＬＳＰＲ）效应依赖 ｉ ｉ ｌｏｃ ｉ Ｅ 由入射场Ｅ 和其他（Ｎ－１）个偶极子激发 于纳米粒子的形状和尺寸以及粒子之间的距离，纳 ｌｏｃ ｉｎｃ 的场Ｅ 两部分组成，其中， 米粒子排布的变化也会导致表面增强因子的改 ｄｉｐ，ｉ