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    188宝金博页面版: 金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用[J]

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    内容提示： 2011 年 第 56 卷 第 32 期： 2631 ~ 2661 www.scichina.com csb.scichina.com 英文引用格式: Li Z Y, Li J F. Recent progress in engineering and application of surface plasmon resonance in metal nanostructures (in Chinese). Chinese Sci Bull (Chinese Ver), 2011, 56: 2631–2661, doi: 10.1360/972011-1500 《 中国科学》 杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 评 述 自 然科学基金项目 进展专栏 金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用 李志远, 李家方 中国科学院物理研究所光物理实验室, 北京 100190 E-mail: lizy@aphy.iphy.ac...

    文档格式：PDF | 页数：31 | 浏览次数：47 | 上传日期：2015-03-06 10:18:10 | 文档星级：
    2011 年 第 56 卷 第 32 期： 2631 ~ 2661 www.scichina.com csb.scichina.com 英文引用格式: Li Z Y, Li J F. Recent progress in engineering and application of surface plasmon resonance in metal nanostructures (in Chinese). Chinese Sci Bull (Chinese Ver), 2011, 56: 2631–2661, doi: 10.1360/972011-1500 《 中国科学》 杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 评 述 自 然科学基金项目 进展专栏 金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用 李志远, 李家方 中国科学院物理研究所光物理实验室, 北京 100190 E-mail: lizy@aphy.iphy.ac.cn 2011-07-29 收稿, 2011-08-18 接受 国家杰出青年科学基金(10525419)、 国家自 然科学基金重点项目 (60736041)和国家自 然科学基金面上项目 (10874238)资助 摘要 金属纳米结构的表面等离子体光学在光催化、 纳米集成光子学、 光学传感、 生物标记、 医学成像、 太阳能电池, 以及表面增强拉曼光谱等领域有广泛的应用 前景, 这些功能和金属纳米结构与光相互作用 时产生的表面等离子体共振密切相关. 本文简单回顾国际上该领域过去十来年的一些重要研究进展和当前发展的前沿动态, 重点介绍我们课题组近年来在金属纳米颗：湍擅捉峁沟谋砻娴壤胱犹骞庋Ю砺酆褪笛檠芯可先〉玫囊恍┏晒. 同时还介绍了 我们课题组目 前在表面等离子体光学研究方面的若干新思路, 包括表面等离子体共振放大、 紫外波段光学天线、 纳米天线光学双稳态、 表面等离子体辅助的量子相互作用 等. 通过这些经验和教训的介绍与 讨论, 期望能够达到抛砖引 玉的目 的, 与 国内同行来共同探讨表面等离子体光学结构是如何在纳米尺度上实现对光的各种性质的调控和利用的, 并向等离子体光学的未知领域开拓进取. 关键词 金属纳米颗粒 金属薄膜纳米结构 表面等离子体共振 局域场增强 生物医学应用 表面等离子体 共振放大 纳米光子学是当前国际前沿热点研究领域, 涉及光在纳米尺度上各方面新颖特性的研究(包括光的产生、 传播、 调制、 转换和探测等), 是光物理学、 材料科学、 光学工程、 纳米科学和技术等多学科交叉的产物. 光子晶体、 表面等离子体光学和电磁特异介质(metamaterial)是其中十分活跃的几个分支. 纳米光子学的核心目 标是在纳米尺度上操纵和控制光子, 实现全光集成, 发展更小、 更快和更强的光学器件, 为下一代的信息技术提供物理平台和技术保障, 为提高能源开发和利用效率发挥作用. 纳米光子器件具有体积小、 集成度高、 速度快、能耗低等优点, 具有传统电子学器件所没有的功能, 如光辐射、 探测、 传感、 成像等. 纳米光子学基础研究针对实际应用, 关注功能强大和高效的光学/光电子器件, 并和微电子学器件集成, 提供大容量、 宽频带、极高速和超小型光电子器件/系统和终端消费产品. 这些器件有望在当代信息技术的两大核心支柱——微电子芯片和光纤通讯之间搭起快速的桥梁. 表面等离子体光学(plasmonics)结构和器件为在纳米尺度上操纵和控制光子, 实现全光集成, 发展更小、 更快和更高效的纳米光子学器件提供了一条有效的途径, 因而受到物理学、 光学、 材料科学、 纳米科技等研究领域的广泛关注. 包括美国、 欧洲、 日 本和中国在内的许多国家和地区先后投入了巨大人力和财力进行相关的基础和器件研究工作. 通常情况下, 金属内部与表面存在大量自 由 电子, 形成自 由 电子气团 , 即等离子体(plasmon); 而表面等离子体则特指存在于金属表面的自 由 电子气团. 当入射光与金属纳米结构表面自 由 电子气团的振动发生共振时就形成了表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)[1~4], 如图 1, 在光谱上表现为一个强共振吸收或散射峰. 以物理形态来划分, 金属纳米结构可以分为两大类, 即金属纳米颗粒结构和金属纳米平面结构, 其 SPR的工作模式分别如图 1(a)和(b)所示. 在表面等离子体共振模式下, 光场的能量强烈地局限在金属结构的表面, 尺度在亚波长范围. 这个基本的物

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