局域表面等離子共振
關注創建者：匿名 創建時間：2022-02-08
局域表面等離子共振的實例教程
<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 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 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 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 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?；?em>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））。
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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。
貴金屬材料的較大負值介電常數可用于亞波長波導結構的設計。尤其是負介電常數使導模在金屬和正值電介質材料之間存在一個單獨的截面。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?？捎糜趥鞲袘谩＠煤线m的模式解算器可以得到具有2D結構的導模。
概述
貴金屬材料的較大負值介電常數可用于亞波長波導結構的設計。尤其是負介電常數使導模在金屬和正值電介質材料之間存在一個單獨的截面。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?？捎糜趥鞲袘谩＠煤线m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
?
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。
《Interaction between plasma jet and silicone rubber covered by porous inorganic contaminants: Surface hydrophobicity
<p>本案例設計了一雙層石墨烯/砷化鎵光柵結構，基于COMSOL軟件的半導體及相關模塊，模擬了石墨烯和砷化鎵之間的載流子分離和轉移異質結區域產生的電磁場分布，如圖1所示，并進一步分析得到不同波長下的吸收率曲線，如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/80019830f9304a1799118885f068db17.gif
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？
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。
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