周期性币族金属纳米结构的SPR光响应理论计算

【作者】 王家正； 孙维鑫； 周剑章； 吴德印； 田中群；

【机构】 固体表面物理化学国家重点实验室厦门大学化学化工学院；

【摘要】 纳米尺度的金属结构与块体金属相比具有不同的光学性质,其中之一是局域表面等离激元共振(LSPR)现象。LSPR的吸收波长与多种几何结构和材料等因素有关,并且相互之间会出现耦合现象。通过调控粒子之间或粒子到基底的距离,可以对体系的LSPR吸收波长进行调控,由此可以制备出包含多个吸收峰的LSPR体系,用于光催化和表面增强拉曼光谱等。通过水-油界面自组装-转移的方法,可以在金属基底上获得规则排布的纳米粒子阵列[1];通过电化学沉积方法,可以在具有纳米尺度规则孔洞的模板上制备呈点阵结构排列的金属纳米结构。对于这两种结构的数值计算通过COMSOL Multiphysics 5.4的波动光学接口进行。图1是金属基底上规则纳米粒子阵列的建模,以及通过计算得到的该纳米粒子阵列的反射光谱与粒子到基底的距离的关系。可以看出,粒子距基底40 nm时,该体系出现三个吸收峰,当距离增加时,位于343 nm的吸收峰逐渐向长波方向移动,并且逐渐减弱,当距离为90 nm时该吸收峰几乎消失,可以将其指认为来自纳米粒子的LSPR与基底之间的耦合。图2是电化学沉积纳米结构的模型,以及通过计算得出的上述模型的反射光谱与孔洞间距的关系。当间距为300 nm时,在波长为653 nm处可见一个较强的吸收峰,此外在568 nm处有一较小的吸收峰。纳米结构基元之间的距离增加时,上述第一个吸收峰分开成多个小的吸收峰,并发生较大程度的位移,当纳米结构之间的距离达600 nm时,可见在580 nm、648nm和775 nm左右有主要的吸收峰。更多还原