具有极强近场局域特性的金属纳米复合结构的设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

国内外研究现状：纳米光子学是当前国际前沿热点研究领域,涉及光在纳米尺度上各方面新颖特性的研究(包括光的产生、传播、调制、转换和探测等),是光物理学、材料科学、光学工程、纳米科学和技术等多学科交叉的产物。。纳米光子学的核心目标是在纳米尺度上操纵和控制光子,实现全光集成,发展更小、更快和更强的光学器件,为下一代的信息技术提供物理平台和技术保障,为提高能源开发和利用效率发挥作用。由于贵金属纳米结构的表面等离子的局域增强特性，它们在表面增强拉曼、表面增强荧光、太阳能电池等领域具有很好的应用前景。非线性光学快速发展中，在寻找非线性光学系数大、响应速度快的材料，纳米金属颗粒复合薄膜具有很强三阶非线性光学效应，其工作机理是金属颗粒的掺入一起表面的离子体的震荡增强而引起周围局域电场的变化，局域场引起电厂与近视颗粒的相互作用使得非线性效应的提高。纳米金属复合材料与金属和基质材料同时有关。纳米金属复合材料是有序化得结构具有很强的增强效应有利于三阶光学性质研究，在新型全光器件上有良好应用前景。

目的：贵金属纳米结构的表面等离子的局域增强特性，分子本身又具有非线性特性，我们模拟贵金属纳米复合结构，能通过改变金属纳米复合材料的结构参数，在一定波长范围内调节局域场的大小。通过模拟能够对金属纳米复合结构的消光谱和电场的近场分布情况有了解，，贵金属纳米结构的光谱性质可以反映表面等离子体的光学性质面局域和近场场强增强特性,可广泛用于生物传感器、成像、太阳能电池和纳米尺度的光电器件等领域。

意义：纳米金属复合材料具有许多传统材料无法媲美的独特的光学特性，在高速光开关、光调制器、光波导器件和光限幅器件等全光器件方面有广阔应用前景。光与纳米技术复合结构中的自由电子相互作用，产生表面等离子体共振效应和局域表面等离子体共振效应通过改变金属体结构实现调控，通过对贵金属纳米复合结构的研究，我们能够了解不同参数的情况下的材料的光学特性，可以对结构中不同的材料对其光学性质有充分的了解，有助于其更好的应用。

2. 研究的基本内容与方案

研究（设计）的基本内容:近场增强是表面增强拉曼和表面增强荧光等非线性光学效应的一个重要参数，它们在实验中所能得到的信号强度，很大程度上关系到金属纳米结构对入射光的增强系数。本论文将主要通过理论模拟的方式，设计一种纳米复合结构，模拟计算获得纳米结构的光学消光谱，并分析纳米结构在某些特定波长下的电场分布情况和近场增强系数。

目标：设计一种金属纳米复合结构，使其在特定频率下具有极强的近场局域特性，进一步通过改变结构的参数，使该种极强局域场在一定波长范围内具有可调特性。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的关于局域表面等离子体和所用的商业软件。确定方案，完成开题报告。

第4－7周：学会使用lumericalsolutions软件的基本使用方法，学会基本结构的设计及模拟。

第8－13周：设计各种金属纳米复合结构，得到其消光光谱，并计算局域场的增强系数。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]李志远，李家方．金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用[j].中国科学杂志社，2011，56（32），2631-3661.

[2]邵磊,阮琦锋,王建方,林海青.局域表面等离激元[r].香港：香港大学物理系，2013。

[3]邓燕，局域场增强的纳米金属复合结构三阶非线性光学性质及全光调制特性[d].合肥:中国科技大学，2008.