金属表面等离激元Fano共振效应及其应用研究

利用金属纳米结构中表面等离激元振荡实现纳米尺度下操控光与物质的相互作用是纳光子学前沿研究热点之一。本项目拟研究复合金属纳米结构中不同等离激元模式之间的耦合、杂化和干涉特性及其所产生的新现象和新效应，重点对等离激元Fano效应进行系统深入地研究。理论上，设计两维和三维复合金属纳米结构，利用时域有限差分方法和离散偶极近似方法模拟计算其局域场分布和具有Fano线型的等离激元光学共振谱；对比分析产生等离激元Fano干涉的两种物理机制的异同点；并通过分析纳米结构和环境条件对Fano共振谱的影响，优化结构设计。实验上，结合物理和化学方法制备具有强等离激元Fano共振的复合金属纳米结构；观测其Fano共振吸收谱和散射谱及其随环境折射率的变化关系；重点研究复合纳米阵列结构中等离激元Fano干涉导致的多光子发射增强和Raman增强。本研究将有效拓展表面等离激元Fano效应在光学信息处理和生物传感中的应用。

利用金属纳米结构实现纳米尺度下操控光的传输及其与物质的相互作用是纳光子学(nanophotonics)领域中一个十分重要研究方向，近年来迅速发展成为物理学前沿研究热点之一。这其中核心物理过程就是金属表面等离激元共振。等离激元共振能够极大增强局域场强度，从而有效增强了光波场与物质在纳米尺度下的相互作用，高灵敏度生物和化学传感、超分辨光学成像、经典和量子光学信息处理以及纳米光电子学等领域具有十分重要的应用价值。.对于由多个金属纳米结构组成的复合体系，不同等离激元模式之间的杂化和干涉会引起Fano效应。在金属纳米结构和染料分子或半导体量子点等激子复合体系中，等离激元和激子之间相互耦合作用也会导致复合体系出现非线性的Fano现象。本项目主要针对复合金属纳米结构中不同等离激元模式之间的耦合、杂化和干涉的特性及其所产生的新现象和新效应，以及等离激元激子之间相互作用引起的能量耦合和转移机制进行了系统深入的理论和实验研究，取得了一系列有意义的研究成果，发表影响因子大于3的SCI论文20余篇，其中Nano Lett. 1篇，Adv. Funct. Mater.1篇，Nanoscale 6篇，Sci. Rep. 3篇。