局域表面等離子體的案例
Ansys | 什么是表面等離子體光子學及其應用
表面等離子體光子學的應用
表面等離子體光子學依賴于在金屬-電介質界面的納米結構中發生的光學過程。表面等離子體激元，是自由載流子電子和光子在這些界面上相互作用產生的高度約束電磁波。
SPP的可調屬性實現了對光-物質相互作用進行納米級控制，從而在衍射極限光子器件和新一代集成電路納米級電子器件之間建立了一座橋梁。
納米級光信號的產生、放大、處理和路由為電信、生物化學、能量收集和傳感等不同領域的應用提供了許多機會。
以下是一些等離子體-電子-光子混合集成電路潛在應用的突出示例。
傳感器和生物傳感器
表面等離子體光子學材料支持局域表面等離子體共振（LSPR），可增強局部電磁場，從而顯著改進光譜學和傳感應用。
例如，等離子體誘導共振能量轉移（PIRET）可用于提高發光二極管（LED）的效率以及熒光傳感器的性能。
表面等離子體光子學的強大應用之一是：用于檢測微量生物或化學制劑的傳感器。在一個案例中，研究人員將一種容易與細菌毒素結合的物質涂在表面等離子體光子學納米材料上。這種毒素的存在改變了表面等離子體的頻率，因此改變了反射光的角度，這種效應可以非常精確地進行測量，即使是極小的毒素量也能被檢測到。
表面等離子體光子學技術在傳感方面的其他應用包括：區分病毒感染和細菌感染，以及用于監測充電速率和功率密度的電池內部傳感器。
表面等離子體共振（SPR）傳感器
SPR傳感器可有效取代基于色譜的環境污染物檢測技術。事實證明，SPR傳感技術能夠與色譜法一樣準確地檢測氯丁二烯，同時還能更快地獲得結果。
在其他領域，光纖SPR技術（即在光纖末端使用SPR傳感器），可促進光與表面等離子體的耦合。這有助于實現超靈敏、緊湊的傳感器件，其對于遙感應用特別實用。
展開 一期一會 | 表面等離子體光子學詳解及其應用
共振納米結構
共振納米結構具有光-物質相互作用所需的強度，電磁相互作用所需的高局域化，以及散射和吸收所需的大橫截面。其可以用作高效的超透鏡、聚光鏡、納米諧振器和亞波長波導。
表面等離子體光子學的應用
表面等離子體光子學依賴于在金屬-電介質界面的納米結構中發生的光學過程。表面等離子體激元，是自由載流子電子和光子在這些界面上相互作用產生的高度約束電磁波。
SPP的可調屬性實現了對光-物質相互作用進行納米級控制，從而在衍射極限光子器件和新一代集成電路納米級電子器件之間建立了一座橋梁。
納米級光信號的產生、放大、處理和路由為電信、生物化學、能量收集和傳感等不同領域的應用提供了許多機會。
以下是一些等離子體-電子-光子混合集成電路潛在應用的突出示例。
傳感器和生物傳感器
表面等離子體光子學材料支持局域表面等離子體共振（LSPR），可增強局部電磁場，從而顯著改進光譜學和傳感應用。
例如，等離子體誘導共振能量轉移（PIRET）可用于提高發光二極管（LED）的效率以及熒光傳感器的性能。
表面等離子體光子學的強大應用之一是：用于檢測微量生物或化學制劑的傳感器。在一個案例中，研究人員將一種容易與細菌毒素結合的物質涂在表面等離子體光子學納米材料上。這種毒素的存在改變了表面等離子體的頻率，因此改變了反射光的角度，這種效應可以非常精確地進行測量，即使是極小的毒素量也能被檢測到。
表面等離子體光子學技術在傳感方面的其他應用包括：區分病毒感染和細菌感染，以及用于監測充電速率和功率密度的電池內部傳感器。
表面等離子體共振（SPR）傳感器
SPR傳感器可有效取代基于色譜的環境污染物檢測技術。事實證明，SPR傳感技術能夠與色譜法一樣準確地檢測氯丁二烯，同時還能更快地獲得結果。
展開 16，comsol仿真MIM波導（含慢光效應方面的曲線繪制） ￥1450
參考文獻是《帶有Ｔ型腔的ＭＩＭ 波導的法諾共振特性研究》-吳迪
帶有T型腔的MIM波導的法諾共振特性研究_吳敵.pdf
在之前的第2篇文章和第3篇文章中介紹了金納米顆粒的局域表面等離子體共振LSPR。在我看來，有個東西叫spp效應，與它像兄弟關系。spp就是 傳導型 表面等離子體共振，LSPR是 局域型 表面等離子體共振。感興趣的可以學下這兩本書。
在我看論文時發現，LSPR的文章多如牛毛，而SPP方面的文章就相對來說少見了。今天說的MIM波導正好與SPP有點相關.
下面是論文的結果 VS 我的結果
1，慢光效應的延時時間計算和等效折射率
上面這三張圖就是該復現該論文的難點，光學延遲時間和群折射率計算公式如下
難點在于要對圖7a求出的曲線，首先求每點的切線斜率，然后所有點的切線斜率合在一起得到圖7b。那么問題是該怎么求各點的切線斜率？翻翻高等數學書導數的定義就知道了。這里上面三幅圖我是在matlab中繪制的，主要原因是在comsol中還沒法畫出圖7a。
2，求MIM波導的透射率。這是MIM波導方面文章的必仿內容。
下面是付費內容，包含上面所有圖片的comsol模型以及對應的matlab代碼
展開 基于lumerical fdtd模擬等離子共振吸收的折射率傳感器
<p class="ql-align-justify">在表面等離子體激元學研究中，金屬納米粒子的光學特性是許多應用的基礎，例如化學和生物醫學傳感、 表面增強光譜、和近場掃描光學顯微鏡。金或銀納米粒子中的電子與入射光場相互作用時產生局域表面等離子體共振 (LSPR)。這種 LSPR 現象強烈依賴于納米結構的尺寸、形狀和周圍介電環境。特別是后者 的依賴性開辟了一條折射率傳感的道路，對于一定的折射率變化，LSPR現象將導致較大的光譜偏移，從而可以檢測介電環境微小的變化。在實際應用中，金屬納米結構的損失是不可避免的。 為了實現低損耗器件，人們通過優化結構幾何形狀和使用增益材料來降低損耗。超材料是共振金屬納米結構，其晶胞遠小于光的工作波長，通過正確設計超材料中的電磁響應，可以實現完美的吸收。一般來說，在實際應用中，理想的吸收體對入射角和光的偏振不敏感。</p><p class="ql-align-justify">我們的傳感器方案提出了潛在的折射率傳感器平臺，其中局域表面等離子體共振傳感基于簡單的反射率測量，只需使用單波長光源就可完成。圖 1 展示了吸收體傳感器結構的幾何形狀。它由兩個功能層組成：最上層是金納米盤陣列，最下層是金鏡，這兩層由 MgF2 電介質隔開。該結構設計為在垂直入射時在 x 和 y 方向上與偏振無關。</p><div contenteditable="false" width="100%" class="ql-align-justify"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-axegupay5k/f60824320abb41ac838d27131f57563b~noop.image?
展開 
【科普系列】基于超材料的無標記光學生物傳感
圖3中紅外波段超材料生物傳感器
（a）同軸納米孔超材料；（b）雙諧振峰等離子體超材料；（c）石墨烯納米帶超材料及其（d）表面電場局域示意圖；（e）用于分子指紋成像檢測的介質基超表面
3 太赫茲波段超材料生物傳感器
太赫茲波位于紅外光和微波輻射之間，包含了大量與生物分子（蛋白質、DNA等）振動及轉動相關的光譜信息，在其發展之初即受到了廣大研究者的重視。且與其他光學技術（紫外線、X射線等）相比，它的非侵入性和非電離性允許太赫茲技術被用來檢測細胞和組織等更為復雜的結構生物材料，而不必擔心熱波動或其他非線性副作用的影響。然而，由于生物分子在太赫茲波段的吸收截面過小，與電磁波的相互作用較弱，使得光譜信號的變化微弱，給檢測帶來了很大難度。近年來，為了提高生物傳感器的檢測靈敏度，基于超材料生物傳感芯片的太赫茲檢測技術已相繼被開發。基于局域表面等離子體共振、法諾共振以及環偶極子共振的太赫茲超材料可以有效增加分子吸收截面，能夠用于碳水化合物、化學混合物、薄樣品層和微生物等試樣的高靈敏檢測（圖（4））。
展開 OptiMode應用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結構的導模。
等離子體平均功率流圖
1. 應用
?
亞波長光學
?
傳感
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信號傳輸
?
光學偏振器
?
彎曲波導
2. 優勢
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VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導
?
搜索具有復值模式指數的模態
?
高階插值混合向量/節點元素,可以準確地捕捉到金屬與電介質交界面附近的高電場強度
?
三角網格尺寸能夠適應高精度材料屬性
?
利用波導的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態作為目標
?
VFEM快速而且精確
3. 仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復介電常數材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進行建模的矢量基函數來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導結構。
該結構在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數是-19-j0.53[1]。該傳導結構不僅僅有高介電常數對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應波導厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結構。
展開 OptiMode應用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結構的導模。
等離子體平均功率流圖
1.應用
?亞波長光學
?傳感
?信號傳輸
?光學偏振器
?彎曲波導
2.優勢
?VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導
?搜索具有復值模式指數的模態
?高階插值混合向量/節點元素,可以準確地捕捉到金屬與電介質交界面附近的高電場強度
?三角網格尺寸能夠適應高精度材料屬性
?利用波導的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態作為目標
?VFEM快速而且精確
3.仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復介電常數材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進行建模的矢量基函數來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導結構。
該結構在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數是-19-j0.53[1]。該傳導結構不僅僅有高介電常數對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應波導厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結構。
圖1 模態指數作為銀厚度的函數
對于厚度值較小的一些模式表現出較小的損耗，如SS0模式，其Ey分量關于x和y軸對稱。SS0模式備受關注，因為除了其較低的損耗，其坡印廷矢量與一個光纖(HE11)的基模在形狀上極為相似[1]。
SS0模式的坡印廷矢量沿軸傳輸顯示在背面；注意的是，功率在交界面的限制遠大于中心。
展開 19，comsol仿真spp波
spp全稱是surface plasmon polarition（表面等離激元，文中叫SPR-surface plasmon resonance），但是為了將其與局域表面等離子體共振LSPR（localized surface plasmon resonance），我個人喜歡將spp稱作 傳播型 表面等離子體共振。為什么要加傳播型？看下圖
下方灰色的是棱鏡，棱鏡上面是一層50nm的金膜（中間是有金膜的，但為了更好展示spp波，沒有畫出中間的金膜），金膜上方是水（水未畫出），一束傾斜入射的光源從棱鏡中照射到金膜上，在金膜與水的分界面上激發出spp波，可以看到金膜上面的spp波在y軸方向上很快衰減掉，在x方向上會傳播 (注意我覺得傳播型表面等離子體共振體現在這了) 一段距離，隨著傳播距離增加也會逐漸衰減掉（因為金是有損耗介質）。
主要注意的是入射的光應該是TM波，即E僅在x,y方向有分量，H僅在z方向有分量，如果是TE波（Hx,Hy,Ez）就不能激發出spp波。為什么會這樣呢？一方面可以從數學公式推導給出解釋（https://www.bilibili.com/video/BV1bE41177DX?p=34 ），另外一方面可以定性的解釋如下（注意下面的定性解釋是我經過思考悟出來的，不是別人告訴我的，所以正不正確見仁見智）：由于金膜中有大量的可自由移動的電子（也就是固體物理中的金屬的電子海洋），它的運動方向與光的偏振方向相反（可以把光的瞬時偏振看成電磁學中的靜電場，電子在靜電場中的運動趨勢是從電勢低處跑向電勢高處）。
展開 清華大學 張若兵 等：等離子體射流與表覆多孔無機污穢硅橡膠間的相互作用：表面憎水或親水？
2
主要實驗結果
本文利用等離子體射流處理表面涂覆有多孔高嶺土污穢的染污硅橡膠，研究其憎水性變化。
圖1 實驗裝置
隨著等離子體處理時間的增大，染污硅橡膠表面先迅速變為憎水，超過閾值時間后再變為親水。灰密不同，處理后表面憎水性變化呈現相同的規律。等離子體的均勻性直接決定處理區域憎水角的徑向分布。
圖2 等離子體處理時染污硅橡膠表面處理區域中心點接觸角（a）與距中心點不同距離處的接觸角（b）
等離子體作用下染污硅橡膠表面憎水性提高主要由未交聯小分子硅氧烷從硅橡膠向高嶺土表面遷移引起，小分子的含量和處理后憎水性提高速度正相關。
展開 中國地大張以河&黃洪偉Nano Energy：表面羥基極化促進氮化碳局域電荷分離與質子活化
圖三：光催化產氫活性
圖3 CN和溫度調制的純水水熱羥基化氮化碳OH-CNx （x=1、2、3、4）樣品可見光（λ > 420nm）下的（A）產氫曲線圖和（B）產氫速率圖；（C）產氫循環曲線；（D）CN和等離子體機處理CN樣品產氫曲線；（E）銨鹽輔助pH調節的表面羥基修飾樣品的產氫曲線和速率圖；（F）OH-CN3 和磷酸銨輔助水熱的OH-CN樣品 Ar+刻蝕前后的O 1s XPS譜圖。
圖四：光電化學性能
圖4 CN和溫度調制的純水水熱羥基化氮化碳OH-CNx樣品可見光（λ> 420nm）下的光電流（A）和阻抗譜（B）；（C）CN和OH-CN3樣品在含有MV2+溶液中的I-V曲線; （D）CN和OH-CNx樣品表面光電壓譜。
圖五：密度泛函理論計算
圖5 表面羥基化氮化碳電子局域函數（A）和差分電荷（B）；（C）CN、O-CN和OH-CN質子吸附查分（藍色為電荷富集，黃色為電荷消耗）。
圖六：電荷分離和質子活化示意圖
圖6 表面羥基修飾聚合物氮化碳的電荷分離和質子活化示意圖
【小結】
通過溫度調制的純水水熱以及銨鹽輔助pH調控的水熱后處理實現了氮化碳表面深度羥基化，在不改變原有光吸收、能帶結構及比表面積的情況下大幅度提高了氮化碳光解水產氫效率。實驗和理論計算發現表面羥基接枝在氮化碳結構中的碳原子上，其局域極化作用增強了局部載流子分離效率，提高了體相電荷分離效率、界面電荷傳遞效率和載流子密度。同時發現表面羥基能活化鄰位的二配位氮原子，加速了對質子的吸附作用。在以上雙重作用的促進下氮化碳光解水產氫效率得到了大幅提高。該工作有望為催化劑表面極化設計增強光催化活性提供更多參考。
文獻鏈接：S. Yu, J. Li, Y. Zhang, M. Li, F. Dong, T. Zhang, H.
展開 微波爐內葡萄產生電磁場表面等離子增強效應，發出火光
image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_760" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202111/8396f0457d2240159e485d79abf83458.png"></div></div><p><br></p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"> (A)(B)兩個葡萄中間放置15層的紙 (C)各包有8層紙 (D)將圖C的結果旋轉后方便觀看 </p><p><br></p><p><br></p><p> <strong>兩顆葡萄中間間隙區域產生了大量等離子體，聚集能量發生高溫燒蝕。那么問題來了，為什么微波爐加熱一顆葡萄不會這樣，而加熱兩顆或者兩個半顆就會出現這樣的狀態？</strong></p><p> </p><p> 這個奇怪的現象一直以來都讓科學家們很困擾，并不了解其中的原理。后來，來自于加拿大特倫特大學的哈姆扎·哈塔克（Hamza K. Khattak）、亞倫·斯萊普科夫（Aaron D. Slepkov）以及來自于加拿大康考迪亞大學的巴勃羅·比努奇（Pablo Bianucci）三位研究員把這個現象研究明白了，并在學術期刊《PNAS》發表了論文。
展開 
基于comsol的石墨烯表面等離子波導分析 ￥1500
</p><p>表面等離子體激元( Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是電磁波與金屬表面的自由電子相互耦合產生的沿著金屬和介質界面傳播的一種電磁表面波模式1習,存在于金屬膜結構、納米型結構阿、碳分子結構,最近發現存在石墨烯結構中。入射光束的電場能夠驅動金屬結構分界面的自由電荷(傳導電子)來回集體振蕩運動,具有限制光和電場增強的能力。同時其分布深度波長量級以下,且不再受限于衍射極限門。因此,表面等離子體可以將光限制在亞波長尺寸范圍內進行操控,成為實現亞波長量級光電子器件的有效可行途徑,促進光電子器件和傳感器件性能的進一步提升。基于表面等離子體的光子學是目前國際前沿研究領域,憑借其優勢吸引眾多學者參與研究。</p><p><br></p><p>本模型采用Si和SiO2做基底，表面敷設石墨烯。</p><p><br></p><p>沒有增加石墨烯的情況，13THz的波無法在模型內傳播。 <img src="https://img.jishulink.com/images/202205/pPxZEzit6h4qdPdsWPMUc5.png"> 增加石墨烯后，在一定頻率下出現耦合。
展開 什么是等離子體（Plasma）？
我們在等離子體理論中，明確定義，一切傳統科學所定義的宇宙、星系、恒星、行星、原子、質子、電子、中子、植物、動物、人類、外星人和生命，都被定義為，是具有不同質量和磁引力場強度的等離子體。
我們對“物質”的定義為：多個等離子體相互作用，在環境中獲得磁引力場的平衡后，組合在一起的分子狀態。
所有磁引力場強度處于物理世界這個層面的等離子體，在物理維度中存在著不同的狀態：
1、甘斯狀態：
在環境中作為單個、獨立、完整的等離子體存在，具有自己的中心旋轉內核與整體的磁引力場，與環境的磁引力場相互作用，產生球形的磁層圈，具有自我意識，可以自我維持，不斷尋找并維持與環境的磁引力場平衡，這樣的等離子體，被定義為——等離子體的“甘斯”狀態。甘斯作為一個等離子體，在中心有一個旋轉內核，這個內核的旋轉運動，同時創造了從中心向外釋放、流動的磁場——磁力場，和從外向內聚集、流動的磁場——引力場。
當甘斯（等離子體）磁力場向環境釋放磁引力場能量的時候，同時引力場也在從環境中吸收磁引力場能量，這樣同時一放一收、一出一進，形成良性循環，維持整體的平衡，在初始質量上就不會有任何減少與消耗，向環境釋放的磁引力場能量越多，同時從環境中吸收的磁引力場能量也越多，作為能量的供給，維持整體的平衡，通過這樣的方式，任何一個甘斯（等離子體）就具有了無限可用的能量，可以在宇宙維持自身的永恒存在。這種無限與永恒，并不是通過貪婪的從環境中獲取更多，讓自己的質量變得更大，大到可以讓自己永恒存在，這種貪婪的方式是不可能讓自己永恒的，因為獲得在多，質量在大，也還是有個具體數字的，仍然是有限的，而無限是沒有具體數字的，通過同時一出一進、一放一收的無限循環，就完美的實現了永恒，即使是一個初始質量非常非常小的等離子體，仍然可以通過這樣的方式在宇宙中自我維持，獲得永恒存在。
展開 全球首創多通道等離子體點火器
此外，該院還在航空等離子體動力學國家級重點實驗室支持下研發了滑動弧等離子體燃油噴嘴，顯著拓寬點熄火邊界，并提高燃燒效率。這兩項技術均為自主創新、領先國外的技術，尤其對航空制高點一一高超飛行器的超燃沖壓發動機和渦輪沖壓組合發動機的發展有重要作用。
來源：陜西傳媒網、中國網·絲路中國頻道綜合
comsol等離子體模塊
等離子體模塊模擬出來 電子密度沒有流柱 是啥原因啊
