【摘 要】
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贵金属纳米粒子因其局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）特性在折射率传感和表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering,SERS）等领域有着广泛的应用。当前文献大部分集中在金和银纳米球、纳米立方体、纳米棒等常规的纳米结构上。然而,金/银纳米结构的高成本和较差的互补金属氧化物半导体（Compat
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贵金属纳米粒子因其局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）特性在折射率传感和表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering,SERS）等领域有着广泛的应用。当前文献大部分集中在金和银纳米球、纳米立方体、纳米棒等常规的纳米结构上。然而,金/银纳米结构的高成本和较差的互补金属氧化物半导体（Compatibility of Complementary Metal Oxides,CMOS）相容性限制了它们的进一步应用。为了获得更优的折射率传感性能和更大的电磁场增强,需要开发新型的SERS与折射率传感探测基底以期在未来能够取代贵金属Au和Ag。鉴于此,本文利用有限元法（Finite Element Method,FEM）设计模拟了三种纳米结构,探究其等离子体的SERS和折射率传感性能,以期找到新型的SERS与折射率传感探测基底。主要的研究内容如下:1.通过计算金纳米双锥（Au Nanobipramides,Au NBPs）二聚体在两种不同配置（尖对尖和肩并肩）下的消光光谱,分析了Au NBPs二聚体在尖对尖结构下的LSPR峰值波长λLSPR、折射率灵敏度S以及它们相应的分数变化率与间隙距离g和归一化尺寸参数（间隙距离g/Au NBPs腰的直径）g L之间的关系。研究表明所得λLSPR和S的分数变化率都只在g L＞0.10时才遵循“Plasmon Ruler”方程;比较了当入射光和二聚体几何结构参数都相同时,Au NBPs/纳米棒/纳米椭球二聚体的S和拉曼增强因子G的值;研究了Au NBPs二聚体肩并肩结构的消光光谱随间隙距离g和周围介质折射率的变化关系。所得结果表明Au NBPs二聚体尖对尖结构是一种优异的SERS与折射率传感探测基底。2.模拟计算了三种尺寸的金、硅异质纳米球二聚体（Au-Si Heterogeneous dimers of Nanospheres,Au-Si HD NSP）的消光光谱和电磁场分布;研究了Au-Si HD NSP近场耦合效应对其SERS和折射率传感性能的影响;从电磁场分布的角度讨论并阐明了Au-Si HD NSP偶极LSPR模式的“Plasmon Ruler”行为;比较了通过追踪传统的消光光谱和通过追踪相应拐点所得到的Au-Si HD NSP的折射率灵敏度因子S的大小。3.模拟计算了Ti N二聚体、三聚体、四聚体纳米球的消光光谱和近场分布;分析了它们的LSPR峰值波长λLSPR、折射率灵敏度S以及它们相应的分数位移与间隙距离和归一化二聚体尺寸（间隙距离g/纳米球直径）之间的关系;从Ti N介电常数的光学响应的角度,阐明了所得到的S对λLSPR的响应特点;预测了所研究纳米结构提供的最大的S值和G值（在实验中常用的三种激光波长的激发下）,所得数值分别与Au二聚体纳米粒子的值相当。本文的研究结果不仅对于进一步理解等离子体纳米结构的基本光学性质有重要的意义,同样有望为未来开发新型SERS和折射率传感探测基底提供重要的数据参考。
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