《貴金屬納米複合結構光學共振增強機理及套用研究》是依託江蘇大學，由吳大建擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：貴金屬納米複合結構光學共振增強機理及套用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳大建
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目主要研究以貴金屬多層納米顆粒為基元的複合結構的光學共振增強特性。研究貴金屬多層納米顆粒多顆粒系統和周期陣列的等離激元共振耦合特性，深入探討顆粒結構、顆粒間距和分布及周期參數等因素對各極振動模式相互間耦合的影響，明確結構間的干涉衍射與共振耦合模式的相互作用機制，闡明其中的一般性物理內涵，初步建立系統的理論方法。研究貴金屬多層納米顆粒與碳納米管複合結構的線性和非線性光學特性，闡明兩種顆粒之間協同增強作用的基本物理內涵，建立有效的物理模型；合理定製特定的等離激元共振回響，以進一步促進碳納米管光致發光性能的提升。在理論研究的基礎上，預言、最佳化設計並製備具有更優異性能的貴金屬納米複合結構，進行相應的實驗研究，探索其在納米波導、表面增強光譜、非線性光學設計及光致發光等領域的套用，為貴金屬納米顆粒複合結構的進一步研究和套用提供依據。
結題摘要
金屬納米顆粒和結構由於具有優異的光學、電子和催化特性，一直是科學界關注的熱點。貴金屬多層納米顆粒本身即具有優秀的、可調的光學性能，多顆粒間的共振耦合、結構間的干涉衍射、結構對稱性破壞、等離激元-激子耦合等均可能導致諸多新穎、獨特的光學特性。合理設計有效、新穎的貴金屬納米複合結構，實現更優異的物理性能，以滿足不同的研究和套用需求，一直是該研究領域中的前沿問題。項目執行四年來，基本按照原有計畫進行，取得的研究結果達到了項目計畫書的預期要求。 首先，我們研究了多種金屬納米多層複合顆粒的表面等離激元(SP)共振耦合特性，明確了各極次共振相互間的耦合機制。首次在單顆粒對稱結構中通過異質金屬層間的共振耦合獲得明顯的高極次Fano振動模式；將各向異性材料引入金屬核殼結構中，研究發現核心各向異性性將導致在遠場消光光譜中獲得顯著的Fano模式。其次，探討了結構對稱性破壞對金屬複合納米結構SP共振耦合的影響。在橢圓截面金納米線的二聚物結構中，通過不對稱性結構旋轉實現了超輻射模式與亞輻射模式的耦合，在吸收光譜中發現了顯著的Fano共振；在金納米管二聚物結構中，單元結構對稱性破壞導致的二聚物間SP弱耦契約樣將形成Fano共振。我們還進一步設計出全新的貴金屬納米多層複合顆粒單元，並以此為基礎構建了相關的周期陣列。例如，在以銀核-低折射率介質-高折射率介質外殼的三層納米顆粒為基元的周期陣列中實現可見光區的三維各向同性負折射；在CuCl外殼包裹銀納米線顆粒的周期陣列中實現了表面等離激元-激子誘導透明等。此外，我們還研究了多種含有活性增益媒質的貴金屬納米複合結構的輻射激勵表面等離激元放大(SPASER)特性。提出了活性金屬-介質-金屬三層球殼的SPASER模型，通過增益介質層增益係數的變化，可以在不同頻率下實現兩次超共振；通過結構最佳化設計，在活性銀-金-二氧化矽三層納米殼結構中實現了雙頻SPASER模式的同時發射。在理論研究工作的基礎上，製備了多種金納米球殼顆粒及其周期陣列，製備了單壁碳納米管與金納米球殼的複合樣品，進行了相關的光學實驗研究，初步探索了碳納米管與金納米球殼間的光學回響協同增強。 在項目研究期間，共在國際知名SCI源刊物上發表相關研究論文18篇，參加國際學術大會3次。本項目的研究結果將為貴金屬納米顆粒複合結構的進一步研究和套用提供依據。
