导　　师： 肖君军

学科专业： H0901

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 哈尔滨工业大学

摘　　要： 超材料二聚体是一种典型的超材料原子结构，常见的超材料二聚体是由贵金属纳米颗粒相邻放置构成的，并且与外电磁场作用时可以产生局域表面等离子共振。控制构成二聚体颗粒间的距离可以调节表面等离子共振频率以及空隙间的局域场强度，这一特点在实际应用中可被用来设计纳米光学天线，超灵敏的生物传感器，可控的近场光镊系统等。以往对超材料二聚体的研究多针对单个的二聚体系统，很少有研究工作考虑到支撑二聚体的基底对二聚体本身电磁特性的影响，以及如何对基底上的二聚体进行光学微操控。另一方面，某些异质结二聚体支持Fano共振，但目前还没有对Fano共振如何影响二聚体光力的研究报道。针对超材料二聚体研究现状中存在的问题，本文基于有限积分法（FIT）和Maxwell Stress Tensor（MST）曲面积分算法开发了三维任意结构的光力计算工具。将该方法得到的光力计算数据与其他不同算法得到的光力数据进行比对，结果显示我们的光力计算方案正确，计算精度高，特别对于几种典型的模型光力结果与基于洛伦兹力公式的离散偶极子算法（DDA-LF）所得到的结果偏差低于5%。然后，本文研究了带有金属板基底的同质结二聚体系统，着重研究了发生表面等离子共振时的近场分布以及光力性质。研究结果表明系统的表面等离子共振波长λ_res随系统几何参数明显变化。数值结果显示当g和h远小于系统的共振波长λ_res时，纳米棒间的光绑定力（Optical Binding Force, OBF）随h增大而增大，而作用在纳米棒上朝向平板的光力随h增大而减小。另一方面当继续增大h时，无论g取何值二聚体在h≈λ_res/4的位置时绑定力都会出现一个极值，约为仅有二聚体时的4倍。最后本文对头尾相对放置的金纳米棒异质结二聚体在平面波照射下的光力进行了计算。结果发现在发生Fano共振的附近，异质结纳米棒间的OBF方向发生反转，也就是说颗粒间发生由吸引到排斥的过渡。通过研究二聚体内的电流分布发现这种光力反转现象与空隙两端的电流相位密切相关。

关 键 词： 超材料二聚体 表面等离子共振 金属平板基底 光力 共振

分 类 号： [O441.6]

领　　域： [理学] [理学]