1 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室 上海 200241
2 重庆市精密光谱重点实验室 华东师范大学重庆研究院 重庆 401120
3 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
等离激元金属纳米结构中的Fano共振,由于其在超灵敏传感、超材料、光开关和非线性光学器件等方面的潜在应用而引起了广泛的关注。但在单颗粒尺度下单个金属纳米二聚体结构的Fano共振的实验研究仍然很少。本研究基于单颗粒光谱技术从实验上探讨了二聚体结构产生的Fano共振现象。利用种子生长法制备了等离激元共振峰分别在1 060 nm和700 nm的一长一短金纳米棒,通过L-半胱氨酸分子的静电吸附自组装构建首尾相连的金纳米棒二聚体结构,在暗场显微系统中表征了金纳米棒二聚体耦合前后的散射光谱。结果表明,短金纳米棒的明偶极模式与长金纳米棒的暗四极模式间的相消干涉在660 nm处产生了明显的Fano共振谷,同时基于有限差分时域(FDTD)方法的理论模拟散射光谱与实验结果能够较好地符合。这种自组装金纳米棒二聚体在等离激元传感和探测等方面具有广阔的应用前景。
Fano共振 二聚体 金纳米棒 散射 fano resonance dimer gold nanorods scattering 量子光学学报
2023, 29(2): 020801
1 桂林电子科技大学广西高校微电子器件与集成电路重点实验室，广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学光电工程学院，广西 桂林 541004
圆二色性（CD）通常用来表征手性响应强度，在手性检测领域极具应用前景。本文提出了一种金衬底上对称性破缺的全介质二聚体混合结构，可在721.1 nm波段处产生高达0.42的强CD，并且CD谱具有极窄的线宽，仅为0.16 nm。通过琼斯矩阵对该结构进行了理论分析，采用时域有限差分（FDTD）法进行建模与仿真，研究结果表明，通过改变介质二聚体的尺寸大小或椭圆柱介质的旋转角（θ）和两个介质体的相对位置（G）等参数可以对结构的CD响应进行相应的优化。并且通过电场分析发现，圆偏振光激发了二聚体的表面晶格共振（SLR），导致其CD谱具有高品质因子（Q）特性。基于此结构传感的灵敏度为718.3 nm/RIU（灵敏度单位），Q值可高达4489.4。此外，该手性结构的周期单元可以实现数字成像功能，不同偏振光下具有不同的成像信号。高Q 值CD的研究结果为高性能的手性传感及光学成像的研究奠定了一定的理论基础。
圆二色性 对称破缺 二聚体 表面晶格共振 光学学报
2023, 43(22): 2224001
1 延安大学物理与电子信息学院, 陕西 延安 716000
2 陕西师范大学物理与信息技术学院, 陕西 西安 710119
利用有限元法对领结状金纳米二聚体结构的表面等离激元共振特性进行了探究, 研究发现在几何形状保持不变的条件下, 二聚体共振波长位移与粒子间距呈e的负指数变化, 并且指数衰减系数与粒子大小无关。进一步分析了纳米结构附近电场分布, 发现共振条件下单体结构的x 轴和y 轴电场分布都遵守e的负指数衰减规律, 且场强与入射电磁波的偏振方向有关；而受二聚体间表面等离激元耦合因素的影响, 二聚体之间的距离对场强的衰减速率有着巨大的影响。最后, 对二聚体共振吸收强度进行了研究, 发现吸收强度与二聚体距离之间的关系仍为e的负指数函数规律。本研究结果对微距传感、粒子捕获等具有重要的指导意义。
光谱学 指数衰减 有限元法 二聚体 共振波长 电场分布 spectroscopy exponential decay finite element method dimer resonant wavelength electric field distribution 
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics and Applied Optics Beijing Area Major Laboratory, Center for Advanced Quantum Studies, , Beijing 100875, China
2 College of Textiles & Clothing, , Qingdao 266071, China
3 Beijing Key Laboratory of Energy Conversion and Storage Materials, College of Chemistry, , Beijing 100875, China
The aggregation and photoinduced excited state dynamics of organic -conjugated molecules play a vital role in solar energy conversion and applications. This work investigates how solvent polarity affects the aggregation behavior and the photophysical process of perylene diimide dimer (PDI-II). The results show that the conjugations between PDI intramolecular chromophores are more likely to generate excimer, and the conjugations between PDI intermolecular chromophores are more likely to experience symmetry-breaking charge separation. Our study can provide a reference for the design of high-efficiency solar energy conversion materials.
excimer perylene diimide dimer solvent effect transient absorption spectroscopy Chinese Optics Letters
2022, 20(10): 100009
宁夏大学材料与新能源学院, 宁夏光伏材料重点实验室, 银川 750021
二氧化钒(VO2)作为一种长久以来备受关注的新型可逆相变材料, 发展潜力巨大, 其相变温度(TMIT)的调控一直是研究热点。本文主要利用锗离子作为掺杂离子探索其对VO2薄膜TMIT的影响, 并尝试解释其内部作用机理。在约1 cm2大小抛光的氧化铝薄片上沉积了一系列含不同比例锗离子VO2薄膜。研究发现锗离子作为掺杂离子确实有利于TMIT的提高(本课题TMIT最大可达84.7 ℃)。TMIT提高的主要原因是锗离子的引入能够强化单斜态V-V二聚体的稳定性, 进而增强单斜态的稳定性, 使得低温单斜态向四方金红石态转变更加困难。
二氧化钒 薄膜 相变温度 二氧化锗 晶格畸变 电学性能 V-V二聚体 vanadium dioxide thin film phase change temperature germanium dioxide lattice distortion electrical property V-V dimer
1 燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 东北大学秦皇岛分校 控制工程学院, 河北 秦皇岛 066004
根据ITO/Au纳米核壳二聚体粒子在生物医学领域的应用合理性,设计了一种实时检测生物液体的核壳二聚体探针消光式传感器; 由偶极子理论推导出输出波长与外界环境折射率关系; 利用MATLAB设计ITO/Au纳米核壳二聚体粒子结构; 采用软件DDSCAT7.3结合离散偶极近似法,利用二聚体有效半径模拟计算了300~950nm可见光到红外光波段不同核壳比、二聚体间距、以及不同介质折射率的消光光谱; 根据传感芯片折射率与偶极共振、耦合八级共振的响应关系得出ITO/Au二聚体的折射率灵敏特性。与传统Ag/Au核壳纳米粒子相比,ITO/Au纳米核壳二聚体结构引入了可作为传感芯片灵敏性自参考参数的耦合八级共振峰,同时ITO/Au二聚体结构的折射率灵敏度可达到419nm/RIU。这些工作及其结果对制作消光式传感器具有重要的意义。
ITO/Au纳米核壳二聚体 探针消光式传感器 离散偶极近似法 折射率灵敏特性 ITO/Au core-shell dimer nanoparticles probe extinction sensor discrete dipole approximation refractive index sensitivity
1 太原理工大学 1. 新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室
2 2. 物理与光电工程学院, 太原 030024
为了增强量子点的定向发光强度, 提出了一种由硅柱二聚体和二氧化钛圆盘组成的复合纳米天线结构。利用时域有限差分方法系统研究了硅柱二聚体的轴参数、截面类型以及复合纳米天线结构对量子点定向发光增强的影响。结果表明, 对于中心波长为600nm的量子点, 硅柱二聚体的轴参数对量子点的发光影响不大, 椭圆形截面的硅柱二聚体可以实现较大的量子点发光增强。此外, 在复合纳米天线的作用下, 不仅可以获得较大的量子效率增强, 还可以实现量子点高度定向的发射效果, 量子效率增强约6倍, 定向收集效率可以达到50%。
荧光传感器 硅柱二聚体 二氧化钛圆盘 定向发射 fluorescence sensor silicon column dimer TiO2 disk directional emission
1 上海大学理学院物理系, 上海 201900
2 中国科学院上海高等研究院宏观量子现象与应用研究中心, 上海 200120
利用表面增强拉曼散射(SERS)技术可增强金属表面某些位置(热点)的电场强度。选定Ag纳米颗粒二聚体这一金属纳米结构体系,研究其作为超分辨SERS成像基底的可行性。采用时域有限差分(FDTD)法,计算分析Ag纳米颗粒二聚体在不同波长和偏振方向的激发光作用下的电场分布特点。结果表明:Ag二聚体的电场分布具有高度局域化的特点,并且Ag二聚体中热点的电场强度可由激发光的偏振方向调控,这使其可以作为实现超分辨SERS成像的基底。
表面光学 Ag二聚体 时域有限差分(FDTD)法 表面增强拉曼散射(SERS) 超分辨成像 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202412
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室, 山西 太原 030024
在微纳光学中,利用具有独特光学性质的微纳结构来实现荧光物质的发光增强是一种较为普遍的方法。 为了提高量子点(QDs)的发光效率,提出了一种由两个尺寸不同的硅纳米球组成的二聚体结构。通过时域有限差分法(FDTD),从量子产率增强和 荧光激发率增强方面研究了硅纳米球二聚体对荧光的增强作用。结果表明,尺寸不同的两个硅纳米球组成的二聚体可以较大 地提高CdSe量子点的发光强度。当两个硅纳米球具有较小的直径以及较小的间隔时,量子点的量子产率和荧光激发率都可以得 到更大的增强。特别地,当两个硅纳米球的直径都是100 nm, 间隔为10 nm时, CdSe量子点的荧光强度可以得到大约209倍的增强。 研究结果对高性能量子点光致发光器件的设计和开发有一定的指导意义。
微纳光学 硅二聚体 时域有限差分法 量子点 荧光增强 micro-nano optics silicon dimer nite di erence time domain method quantum dot uores-cence enhancement
吉林大学 电子科学与工程学院, 吉林 长春 130021
报道了Sm2+离子的上转换发光。在实验上证明了变价镧系离子同样可以作为上转换材料的发光中心。在近红外光的激发下, 复合BaFCl0.5Br0.5∶1%Sm2+-CaF2∶1%Yb3+化合物发出红色上转换发光。上转换发射光谱中位于631, 644, 665, 689, 704, 729 nm的特征发射分别来自于样品中Sm2+的5Di(i=0,1)→7Fj(j=0,1,2)特征跃迁。根据动力学分析及光子数拟合的结果, 我们将二价Sm离子的上转换过程归因于合作能量传递, 即: 两个同时被激发的Yb3+离子合作将能量传递给一个Sm2+离子。
合作能量传递 上转换发光 cooperative energy transfer Yb3+-dimer Yb3+-dimer Sm2+ Sm2+ upconversion luminescence
