非對稱性有助於了解電漿子模態
- 上線日期：2011/10/21 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
英國伯明罕大學與中國西北工業大學的科學家提出第一個完整描述非對稱奈米金屬粒子雙聚體(dimers)之耦合電漿子模態(coupled plasmon modes)的理論，這項工作對於可見光頻段光學奈米材料的發展可能非常重要。
在許多奈米級元件例如電極、磁性系統及光子元件中，金屬奈米結構都是關鍵成份，這些結構的光學性質與所謂的局域性表面電漿子共振(localized surface plasmon rersonance, LSPR)(即金屬表面導電電子的集體激發)有密切關聯。當金屬奈米粒子被頻率接近其電漿子共振頻率的入射光激發時，金屬粒子附近的電磁場會延伸相當遠，這種特性可與簡單原子的波函數相比擬，因此類似原子可形成分子與固體，金屬奈米粒子也可以聚集成許多新的電漿子奈米團(plasmonic nanoclustrs)，如雙聚體、三聚體(trimers)、四聚體(tetramers)等，而且每一種都有獨特的電漿子模態。
過去研究人員常用偶極-偶極交互作用(dipole-dipole interaction)來描述耦合電漿子模態。以相鄰的兩個金屬奈米球為例，它們會分別產生一個低能量與高能量的共振模態，前者對應於兩個金屬奈米球的電偶極彼此平行，而且吸收光譜會紅移，後者的電偶極彼此抵消而產生零電偶極矩共振，無法與入射光有交互作用，因此這個模態不會顯現在吸收光譜中(又稱為暗模態，dark mode)。
研究團隊的領導者Roy Johnston指出，這類描述雖有助於了解電漿子材料的電磁性質，但仍缺乏完整的解釋，因此他們決定研究非對稱粒子的雙聚體，並將不會出現在對稱雙聚體的效應納入考量。他們使用有限差分時域(finite-difference time-domain, FDTD)方法計算由銀、金與銅組成的奈米球異質雙聚體結構的光學特性(奈米球直徑60 nm、粒子間距離為3-15 nm)，經由雙聚體散射光譜的變化探討入射光極化角與粒子間距如何影響共振模態，進而由計算的電磁場決定結構表面的電荷分佈。
Johnston的團隊證實了先前研究已觀察到的現象，即奈米粒子的縱向耦合與粒子間距有關，但他們也發現新的現象，在異質雙聚體的散射光譜的低能量區會出現反相位(antiphase)電漿子模態，而這種模態將有潛力應用於發展可見光頻段的負介電係數(negative permittivity)奈米光學元件。
該團隊現正計畫改變粒子形狀與組成來計算異質雙聚體的對稱破壞效應。詳見AIP Advances 1, 032134 (2011)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/47272
譯者:藍永強(成功大學光電科學與工程研究所)
責任編輯:蔡雅芝
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