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具有等离激元的金属纳米结构有新颖的光学性质,在当前备受关注。其中金纳米棒的纵向等离激元共振频率可以通过颗粒尺寸方便的调节,有很好的应用价值。目前实验上直接探测等离激元的常用工具是近场光学显微镜。已有的探测金纳米棒纵向等离激元的近场光学实验中,采用有孔近场光学显微镜时可以观察到偶数阶模式,而用光子扫描隧道显微镜却只能观察到奇数阶模式。针对这一矛盾从数值模拟和实验两方面研究了金纳米棒纵向等离激元的近场光学性质。
首先用时域有限差分方法对金纳米棒与不同性质的外来纳米颗粒的耦合做了模拟,研究正入射下耦合对诱发金纳米棒的纵向等离激元偶数阶禁戒模式的影响,发现外来颗粒上足够多的电荷积聚造成的激发电场对称性破缺是诱发禁戒模式的原因:在禁戒模式频率的光激发下,外来颗粒上振荡的电荷越多,产生的附加电场越强,金棒感受到的激发电场对称性破缺程度越大,这样的外来颗粒越能有效诱导出这个禁戒模式。其中,金属外来颗粒比介质外来颗粒诱导禁戒模式的能力强得多,因此认为上述矛盾实验结果源于两种近场探测实验中所采用的不同材质的探针。
为了用实验证实这一观点,用晶种生长法化学合成了金纳米棒,对合成过程中的具体实验条件和表征手段做了大量、细致的摸索,成功合成了参数适合于近场光学显微镜研究的金纳米棒。并通过PVA辅助旋涂,克服了金纳米棒不易附着于衬底的问题,有效提高了金棒向衬底的转移效率。
在上述工作基础上,用扫描近场光学显微镜对金棒样品做了初步的近场光学实验。通过大面积形貌扫描的方法解决了在样品表面找到金棒的问题,初步得到了金纳米棒纵向等离激元的近场光学图像,并提出了进一步验证实验结果可靠性的实验和理论方案。
结果有助于理解近场光学显微镜探测金属纳米颗粒等离激元过程中不同探针的影响:必须考虑到被测金属纳米颗粒与探针可能发生的耦合,选用介质探针一般耦合较弱,能得到更加反映颗粒本征性质的信号;而金属包覆的探针或全金属探针一般会干扰被测颗粒的等离激元性质。