金属纳米线阵列的表面等离子共振理论研究开题报告

1．本课题研究的背景、目的及意义

背景：

纳米线结构引起了科学研究领域的广泛兴趣，这是由于纳米结构的尺寸比较接近于光波的波长，而且有着较大比例的表面积，因而表现出一些特性，如熔点、磁性、光学特性、热导、和电导等性质都远远不同于体材料所表现出的本证特性，并为块体材料与原子或分子之间搭建起了桥梁。探索新的纳米线结构已成为近代物理、化学、材料等领域的热点之一。其中纳米线阵列是一类特殊的纳米结构材料，是把纳米结构按照一定规律模式进行排列，这类结构不仅具备了纳米粒子的特性，还具备了大面积的阵列结构性能，并由此产生了许多新奇的现象和性能，因而在各个领域都有非常大的应用潜能。

目前在医药分析、环境检测、生物技术和食品加工等领域常常需要对一些微小化学量和生物量进行检测。从目前的研究进展来看,纳米材料技术的SPR传感器技术已经在这些领域发挥了很大的应用价值。近年来应用纳米材料技术的SPR传感器与一些传统的SPR生物传感器相比，具有光谱可调性、强烈的局部电场增强和对现代纳米生物技术结构体系更好的适应性等多方面优势。但这些已经商品化的SPR传感器系统的使用仅局限于科研和实验室。

目的：基于SPR的基础理论，在COMSOL环境下，得到一个纳米线阵列材料的SPR有限元分析方法。通过对纳米线结构材料结构-光学性质的研究，得到不同入射角下的反射、透过率，并进一步归纳获得纳米线阵列结构的样品参数对器件光学特性的影响规律，为将纳米线结构阵列系统这一高功能纳米材料应用SPR传感器于以及光和光电器件打下科学研究基础。

意义：通过COMSOL的纳米线阵列模型，得到纳米线阵列的结构参数对SPR结果的调制规律，为后续材料制备及实验开展提供理论基础。

2．本课题主要研究内容和预期目标

研究内容：

1．查阅文献资料，了解表面等离子共振（SPR）的研究现状；认真学习COMSOL建模软件

2．建立纳米线阵列的comsol模型；

3.利用软件对所建立的模型进行数值模拟，得到模拟的数据；

4.分析、归纳理论研究得到的结果，形成结论。

预期目标：通过数值模拟得到选定波长下不同入射角的反射、透过率，并分析总结结构参数对最终SPR结果的调制规律，得出结论。

3．本课题拟 采用的研究方法、步骤

在研究过程中以理论研究为主，采用一套较为完整的从原理分析、模型构建、数值仿真及优化的研究方案。调研现有的金属纳米线阵列表面等离子共振研究的现状和理论，通过comsol建立一个简单的纳米线阵列共振模型，通过数值模拟得到选定波长下不同入射角的反射、透过率，并分析总结结构参数对SPR结果的调制规律，得出结论。

4．本课题主要参考文献

[1] Perner M, Bost P, Lemmer U, vonPlessen G, Feldmann J, Becker U, Mennig M, Schmitt M, Schmidt H. Optically Induced Damping of the Surface Plasmon Resonance in Gold Colloids[J]. Physical Review Letters, 1997, 78(11): 2192-2195.

[2] Jen Y J, Lakhtakia A, Yu C W, Chan T Y. Multilayered Structures for P- and S-Polarized Long-Range Surface-Plasmon-Polariton Propagation[J]. Journal of the Optical Society of America a-Optics Image Science and Vision, 2009, 26(12): 2600-2606.

[3] Kabashin A, Evans P, Pastkovsky S, Hendren W, Wurtz G, Atkinson R, Pollard R, Podolskiy V, Zayats A. Plasmonic Nanorod Metamaterials for Biosensing[J]. Nature materials, 2009, 8(11): 867-871.

[4] Nicoletti O, Wubs M, Mortensen N A, Sigle W, van Aken P A, Midgley P A. Surface Plasmon Modes of a Single Silver Nanorod: An Electron Energy Loss Study[J]. Optics Express, 2011, 19(16): 15371-15379.

[5] Zheludev N I, Kivshar Y S. From Metamaterials to Metadevices[J]. Nature materials, 2012, 11(11): 917-924.

[6] Wolf D, Schumacher T, Lippitz M. Shaping the Nonlinear near Field[J]. Nat Commun, 2016, 7.

[7] Petryayeva E, Krull U J. Localized Surface Plasmon Resonance: Nanostructures, Bioassays and Biosensing-a Review[J]. Analytica Chimica Acta, 2011, 706(1): 8-24.

5．本课题的具体进度安排（包括序号、起迄日期、工作内容）

第1周，2022年2月25日-3月3日，下发毕业论文任务书； 第1—2周，2022年2月25日-3月10日，学生提交开题报告等材料，指导教师审核；第3—14周，2022年3月11日-5月31日，学生按开题报告撰写论文；第8—9周，2022年5月20日-5月31日，学生汇报课题进展情况，回答教师提问；第11—12周，2022年5月6日-5月19日，批阅论文初稿，提出修改意见；第13—14周，2022年5月20日-5月31日，经指导老师批阅，达到质量要求后定稿；第14—15周，2022年6月1日-6月7日，指导教师给出成绩等第，评阅教师评阅；第15—16周，2022年6月8日-6月14日，学生答辩，答辩委员会确定成绩；第16—17周，2022年6月15日-6月18日，整理材料，上报教务处。