表面增强拉曼光谱双共振基底的设计与制备

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具有Fano共振的等离激元材料有着重要的应用价值,如超材料和生物传感器;而具有双Fano共振的等离激元材料更是表面增强拉曼光谱(SERS)和二次谐振产生(SHG)的优选,但其设计却非常困难。本文构建了一种三层等离激元结构,上层为纳米结构(圆环阵列,三角环阵列或通孔阵列),中间层为间隔层(SiO2或压电材料),下层为金膜,即纳米结构-间隔层-金膜(NIF)。首先我们通过纳米环阵列构建了具有高度可调性的双Fano共振等离激元NIF结构。该结构中的双共振来源于纳米阵列的局域表面等离激元共振模(LSPR)和谐振腔的空腔谐振模之间的强等离激元耦合,该耦合促成等离激元结构在两个共振波长下产生极大的电场增强。通过调节纳米阵列的结构参数或谐振腔结构的空腔长度,共振峰的峰位、峰形以及双峰间的间距都能灵活地调控。我们进一步提出一种远场耦合模型,该模型成功解释了耦合现象,并被成功地应用于设计具有特定共振峰的双共振基底。利用模拟设计的结构参数,我们制备了几个代表性的NIF结构,实验结果实现了双共振并佐证了模拟结果。此外,通过三角环构建的NIF结构,纳米阵列的暗模式通过与空腔谐振模地耦合被有效地激发,其电场增强也被显著增大。最后,通过在NIF结构中集成VO2实现纳米阵列LSPR可调或集成压电材料实现空腔谐振模可调的策略,我们设计了两种能够主动调节的双共振等离激元结构。本文对局域表面等离激元和空腔谐振模耦合的研究,为双共振器件的设计及应用奠定了基础。
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