金纳米棒等离激元共振阻尼的单颗粒光谱研究

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当入射光频率与金属纳米颗粒表面的自由电子集体振荡的本征频率相匹配时,就会发生局域表面等离激元共振。金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振使其能够有效地吸收光能,共振能量通过阻尼衰减。阻尼的大小代表了等离激元能量衰减的速率,通过等离激元散射光谱的线宽来检测。其中,辐射阻尼代表等离激元能量通过辐射衰减的速率。先前研究报道了描述贵金属纳米颗粒的辐射阻尼解析表达式(Γrad=2hκradV),其大小仅与颗粒的体积(V)和辐射阻尼参数(κrad)有关。然而,我们注意到贵金属纳米颗粒的不同几何因子(例如,长径比)对其辐射阻尼具有一定的影响。因此,我们以不同长径比的金纳米棒为研究对象重新研究了这一问题,并最终得到了描述金纳米棒辐射阻尼的解析表达式。(1)金纳米棒散射光谱的测量。首先使用湿化学方法合成44组体积不同且长径比分布为1.6-2.8的金纳米棒样品,并使用扫描电子显微镜对其进行微观形貌的表征。使用单颗粒暗场光谱测试系统测量金纳米棒的散射光谱,并得到每个样品的平均阻尼,通过计算得到每个不同长径比样品的等离激元辐射阻尼。(2)金纳米棒辐射阻尼的理论推导与实验验证。通过Clausius-Mossotti的基本光散射方程推导出了金纳米棒辐射阻尼的解析表达式,发现辐射阻尼的实验数据与理论预测的趋势非常吻合。研究表明,金纳米棒的辐射阻尼参数是关于其长径比的函数,并在长径比为3.15时达到最大值。金纳米棒的辐射阻尼解析表达式可以比较不同材料和形状的纳米颗粒,如银纳米棒和银球。本文中的研究结果和方法为设计和优化纳米传感器和光学标记等应用铺平道路。
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