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光与金属纳米结构的表面等离子体相互作用的理论研究的开题报告

引言

随着纳米科技的不断发展，金属纳米结构在光学、电子学、磁学等领域的应用越来越广泛。金属纳米结构的电磁性质通常由表面等离子体共振体现，其与光波的相互作用十分重要。因此，研究光与金属纳米结构的表面等离子体相互作用具有极大的理论和实际意义。

本文旨在基于量子力学的理论分析，研究光与金属纳米结构的表面等离子体相互作用的规律和机理。

研究方法和技术路线

本研究将采用密度泛函理论（DFT）、非平衡格林函数理论（NEGF）等现代理论物理研究工具，以Au、Ag等典型金属为对象，研究其与光波的相互作用。具体研究路线如下：

1.通过DFT计算金属纳米结构的电子结构，得到其等离子体共振频率和极化率等相关参数。

2.通过NEGF模拟，研究自由金属纳米结构和局域表面等离子体与外界光场的相互作用。

3.研究表面等离子体共振的耦合强度与金属纳米结构的形状、大小等因素之间的关系。

4.探究光场激发下表面等离子体的产生和退相干过程，探讨其在传感和光纤通信等领域中的应用。

预期研究成果与意义

本研究旨在揭示光与金属纳米结构表面等离子体相互作用的基本规律，为金属纳米结构的设计和应用提供理论指导。预期研究成果包括：

1.发现不同形状、大小的金属纳米结构表面等离子体共振特性的差异，并探讨其物理机理。

2.建立表面等离子体激元与外界光场的耦合强度的定量关系，为相关领域的应用提供理论支撑。

3.研究表面等离子体的退相干过程和非线性效应，探讨在传感和光纤通信等领域中的应用前景。

该研究的成果可为纳米光学、光电子学、磁学等领域的相关研究提供新的理论支撑和应用基础，并在物理学、材料学等学科领域推进科学研究的发展。