介电体/金属核壳微球模型的表面等离激元特性研究

By means of the finite difference time domain method and transfer matrix method, we study the dispersion relation and propagation characteristics of surface plasmon in spherical metal interface of metal / dielectric type core-shell structure microspheres (solid dielectric sphere core covered with a continuous metallic shell),and an interaction theoretical model of the surface plasmon and material has been established in the core-shell structure. System energy level and electron transport can be artificially controlled by surface modification or precious metals coating, the model’s resonance wavelength, transmission spectra and energy distribution under different geometric parameters has been simulated to find and predict the special characteristic of the core-shell structure photonic crystal.

以介电体/金属核壳结构微球（由实心介电球核和表面连续金属层构成）为研究对象，结合时域有限差分法和传输矩阵法模拟出表面等离子体激元在球形金属界面的色散关系和传播特性, 建立核壳结构中表面等离子体与物质相互作用的理论模型。通过模拟表面改性或贵金属包覆，调控此体系的能级结构、电子输运等性质，模拟不同几何参数下模型的共振波长、透过率谱和能量分布，发现和预测核壳结构光子晶体的特殊性质。

随着人类对先进材料需求的不断增大,以及要求准确预测材料性能, 因此需要现代微观结构的设计和发展。本项目在国家自然科学基金的资助下，主要对核壳结构的纳米微球进行研究，目的在于确定核壳结构中表面等离子体与物质相互作用的理论模型，为发现和预测核壳结构光子晶体的特殊性质做基础研究。一年来我们通过对核壳微球程序的反复调试，已经计算出核壳结构的介电特性，建立起了描述介电体/金属核壳结构模型的理论方法，希望能够将其应用到金属球壳的定量计算中。我们还对表面等离激元进行了计算模型的初步研究,以确定电场和磁场的传输模式，对建立一个新的、完善的核壳结构光子晶体系统有着重要的价值。在本课题执行期间，共培养本科毕业生3名和硕士研究生2名，一篇文章在审，一篇文章在投，本研究初步完成了对纳米核壳微观结构的介电性能理论研究以及表面等离激元计算模型的确定，为更好的进行后面的表面等离激元与物质相互作用和核壳结构光子晶体的研究工作提高了更进一步的本底性资料。