金属/非金属混合纳米低聚物阵列等离子激元光学特性研究

The surface plasmon polaritons (SPPs) of metal nanoparticle oligomer arrays and optical properties have recived wordwide concerns in many domains, such as optical information processing, medical treatment and metamaterials.In spite of the considerable progress, there is no report on the plasmon polariton of cube nano oligomers consisting of different materials.Recently, our study shows that, except the coupling between the nanoparticle plasmon modes, the induced surface charge distribution plays an important role to the intrinsic energy of the collective plasmon modes.Therefor, the aims of the project are to study the plasmon modes of the hybrid nano oligomer arrays, the surface charge distributions and the dynamic process of the plasmon mode excitation and the interaction between SPPs and the external excited light by using analatical, numerical and experimental methods. (1)Using the improved boundary integral method and symmetry analysis, we will derive the SPP expression of the hybrid nanoparticle oligomers;(2)We will build the dynamic model of the surface plasmon polariton excitation of the hybrid nano oligomer arrays;(3)We will experimentally investigate the interaction between the surface plasmon polariton and the external excitation sources, especially the Fano resonance. Expect to make some contributions to the applications of the nanomaterials.

金属纳米粒子低聚物(阵列)表面等离子激元的光学特性是近年来国内外光学信息处理、医疗卫生、新型材料等领域的研究热点。但目前尚无关于金属-非金属混合纳米粒子组成的立体型低聚物及其阵列的等离子激元光学特性的报道。前期研究发现混合型金属/非金属纳米低聚物激元共振模式不仅来源于纳米粒子激元之间的耦合，表面电荷诱导对低聚物激元本征能量也有重要影响。由此，本项目拟用解析、数值模拟和实验验证的方法，研究金属-非金属混合纳米粒子低聚物(阵列)的激元模式、表面电荷分布，以及在外光作用下，等离子激元模式激发的动力学过程、激元与激发光的相互作用所引起的光学现象，即(1)拓展边界积分法和对称性分析推导混合纳米低聚物阵列激元的模式解析表达式；(2)建立混合纳米低聚物阵列等离子激元模式激发的动力学模型；(3)实验研究等离子激元模式与激发光模式相互作用过程和Fano共振现象，为金属-非金属纳米材料的应用提供科学基础。

本项目研究金属-非金属纳米粒子混合体系的表面等离激元特性，从谐振腔角度利用耦合模理论和从表面电荷的角度利用边界积分法对体系的光学特性进行研究，主要内容包括（1）利用耦合模理论，从谐振腔的角度对金属纳米粒子阵列进行建模，分析了纳米粒子阵列不同模式的激发过程和模式分裂的物理机制；并拓展边界积分法给出任意截面金属纳米线的模式本证方程和模式分布；（2）研究了金属-非金属-金属多层手性纳米阵列的手性破缺效应，研究表明，手性微纳结构中Fano共振表现出新的光学特性，不仅能够维持入射光的强度信息，而且能保持偏振特性不变，从而引起手性破缺；（3）研究了Π形纳米粒子阵列的多Fano共振效应，通过设置纳米颗粒和纳米棒的几何尺寸，激发纳米颗粒的亮模，并诱导金属纳米棒产生四极子、六极子等暗模，产生多个Fano共振峰。本研究的成果可以提高人们对手性材料中Fano共振偏振特性的认识，具有一定的理论价值；金属纳米阵列的模式激发建模对集成光电子领域的光学传感和光子学器件的设计具有一定的启发意义。