【摘 要】
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金属纳米粒子的光学性质及其在表面增强拉曼散射效应中的应用是当今纳米科学研究中的一个热点。为了克服Mie理论仅能解决光与球形粒子相互作用的不足,本论文工作的中心是从理
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金属纳米粒子的光学性质及其在表面增强拉曼散射效应中的应用是当今纳米科学研究中的一个热点。为了克服Mie理论仅能解决光与球形粒子相互作用的不足,本论文工作的中心是从理论上定量研究非球形金属纳米粒子及其聚集体的线性光学性质,并研究粒子的形状、尺寸及介电环境等因素对光学性质影响,进而探讨与此密切相关的表面增强拉曼散射(SERS)效应中的电磁场增强机理。论文共分四个部分。前言部分介绍目前金属纳米粒子光学性质的主要理论研究方法及表面增强拉曼光谱技术的主要特点及最新进展,并在此基础上提出本论文的主要设想及工作思路。第二章简单介绍了Mie和Gans理论后,重点介绍能解决任意形状的粒子与光相互作用问题的离散偶极近似(DDA)方法及其应用。利用DDA方法,从理论上定量研究了纳米尺度的金、银等币族金属的光学性质与其大小、形状、介电环境等因素的具体关系,并与实验值比较。第三章主要借助一些简单的物理模型,从定性及半定量的角度探讨SERS的电磁场增强机理,重点是解决过渡金属体系在可见光及近紫外区的电磁场增强机理问题。第四章则借助三维时域有限差分法(3D-FDTD),考虑到粒子大小、形状、相互耦合等因素对SERS增强的影响,研究了复杂SERS体系中的电磁场增强机理,并探讨了近年来受到特别关注的纳米粒子聚合体中那些具有特别高SERS增强因子的“热点”问题。本论文工作的创新点及主要成果有如下三点:1.利用新近发展起来离散偶极近似方法定量研究了金属纳米粒子的材料、尺寸、形状及所处的介电环境等因素对其光学性质的影响,得到了较为准确的的金、银纳米粒子线性光学性质的定量结果。通过与实验数据的对比分析,发现DDA的结果在拟合金属纳米粒子的光学性质时要明显优于用传统的解析方法得到的结
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