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分子激发中的表面等离激元增强效应

孙雪菲 王鹿霞

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分子激发中的表面等离激元增强效应

孙雪菲, 王鹿霞

Surface plasmon enhancement effect in molecular excitation

Sun Xue-Fei, Wang Lu-Xia
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  • 金属纳米粒子的表面等离激元增强效应是纳米科学领域的一个研究热点. 针对染料分子与金属纳米粒子的耦合系统,应用偶极-偶极近似计算分子与金属纳米粒子的库仑相互作用,并应用密度矩阵理论描述在不同极化方向的电场作用下的电荷输运过程,分析了分子与金属纳米粒子在不同相对位置下分子激发态的动力学过程,发现表面等离激元的增强效应与分子和金属钠米粒子的相对位置以及等离激元的耗散系数有密切关系,详细讨论了分子与金属纳米粒子间的耦合强度、外场的极化方向、等离激元的寿命及共振激发条件对分子激发态及表面等离激元增强的影响,分析了分子-金属纳米粒子耦合系统中表面等离激元增强效应的物理本质.
    Enhancement effect of surface plasmon in the metal nano-particle is a hot topic in nano-material field. A system is investigated where a spherical metal nano-particle is placed near a dye molecule. Under the optical excitation of a polarized electric field the subsequent charge transfer dynamics for different relative positions are simulated by density matrix theory approach, where the Coulomb interaction of molecule and metal nano-particle is calculated in the framework of the dipole-dipole approximation. It is found that the enhancement effect is closely related to the relative distance between the molecule and metal nano-particle. Effect of enhancement due to the surface plasmon is discussed in detail for various coupling interactions, polarization of field, lifetime of plasmon, and non-resonant excitation; and the physical essence in the molecule-metal nano-particle coupled system is analysed.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11174029)和中央高校基本科研业务费资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11174029), and the Fundamental Research Fund for Central University of China.
    [1]

    Halas N J 2012 Nano Lett. 10 3816

    [2]

    Lance K K, Eduardo C, Zhao L L, George C 2003 Phys. Rev. B 107 668

    [3]

    Wang W S, Zhang L W, Zhang Y W, Fang K 2013 Acta Phys. Sin. 62 024203 (in Chinese)[王五松, 张利伟, 张冶文, 方恺 2013 物理学报 62 024203]

    [4]

    Jackson J D, Fox R F 1999 Am J Phys. 67 841

    [5]

    Jin Y R, Chen Z, Wang Z L 2013 Sci. China-Phys. 9 1022 [靳悦荣, 陈卓, 王振林 2013 中国科学:物理学 009 1022]

    [6]

    Xu L M, Zhang Z L, Cai X Y, Zheng H R 2009 Chin. J. Lumin. 30 373 (in Chinese)[徐良敏, 张正龙, 蔡晓燕, 郑海荣 2009 发光学报 30 373]

    [7]

    Noginov M, Zhu G, Belgrave A, Bakker R, Shalaev V, Narimanov E, Stout S, Herz E, Suteewong T, Wiesner U 2009 Nature 460 1110

    [8]

    Huang Q, Cao L R, Sun J, Zhang X D, Geng W D, Xiong S Z, Zhao Y, Wang J 2009 Acta Phys. Sin. 58 1980 (in Chinese)[黄茜, 曹丽冉, 孙建, 张晓丹, 耿卫东, 熊绍珍, 赵颖, 王京 2009 物理学报 58 1980]

    [9]

    Gregory V H 2012 J. Phys. Chem. Lett. 3 1421

    [10]

    Hägglund C, Peter A S 2012 J. Phys. Chem. Lett. 3 1275

    [11]

    May V, Khn O 2003 Charge and Energy Transfer Dynamics in Molecular Systems (Berlin: WILEY-VCH Verlag Berlin CmbH) 99

    [12]

    Kyas G, May V 2011 J. Chem. Phys. 134 034701

    [13]

    May V, Khn O 2008 Phys. Rev. B 77 115439

    [14]

    May V, Megow J, Zelinskyi I 2012 Proc. SPIE 8424 842403

    [15]

    Zelinskyy Y, Zhang Y, May V 2012 J. Chem. Phys. A 116 11330

    [16]

    Wu D J, Liu X J 2008 Acta Phys. Sin. 57 5138 (in Chinese)[吴大建, 刘晓骏 2008 物理学报 57 5138]

    [17]

    Tan Z, Wang L X 2013 Acta Phys. Sin. 62 237303 (in Chinese)[谭姿, 王鹿霞 2013 物理学报 62 237303]

    [18]

    Zelinskyy Y, May V 2011 Nano Lett. 12 446

    [19]

    Khl A, Domcke W 2002 J. Chem. Phys. 116 263

    [20]

    May V 2002 Phys. Rev. B 66 245411

    [21]

    Weick G, Ingold G-L, Jalabert R A, Weinmann D 2006 Phys. Rev. B 74 165421

    [22]

    Gerchikov L, Guet C, Ipatov A 2002 Phys. Rev. A 66 053202

    [23]

    Weick G, Ingold G-L, Weinmann D, Jalabert R A 2007 Eur. Phys. J. D 44 359

    [24]

    Weick G, Molina R A, Weinmann D, Jalabert R A 2005 Phys. Rev. B 72 115410

    [25]

    Ramakrishna S, Willig F, May V 2000 Phys. Rev. B 62 16330

  • [1]

    Halas N J 2012 Nano Lett. 10 3816

    [2]

    Lance K K, Eduardo C, Zhao L L, George C 2003 Phys. Rev. B 107 668

    [3]

    Wang W S, Zhang L W, Zhang Y W, Fang K 2013 Acta Phys. Sin. 62 024203 (in Chinese)[王五松, 张利伟, 张冶文, 方恺 2013 物理学报 62 024203]

    [4]

    Jackson J D, Fox R F 1999 Am J Phys. 67 841

    [5]

    Jin Y R, Chen Z, Wang Z L 2013 Sci. China-Phys. 9 1022 [靳悦荣, 陈卓, 王振林 2013 中国科学:物理学 009 1022]

    [6]

    Xu L M, Zhang Z L, Cai X Y, Zheng H R 2009 Chin. J. Lumin. 30 373 (in Chinese)[徐良敏, 张正龙, 蔡晓燕, 郑海荣 2009 发光学报 30 373]

    [7]

    Noginov M, Zhu G, Belgrave A, Bakker R, Shalaev V, Narimanov E, Stout S, Herz E, Suteewong T, Wiesner U 2009 Nature 460 1110

    [8]

    Huang Q, Cao L R, Sun J, Zhang X D, Geng W D, Xiong S Z, Zhao Y, Wang J 2009 Acta Phys. Sin. 58 1980 (in Chinese)[黄茜, 曹丽冉, 孙建, 张晓丹, 耿卫东, 熊绍珍, 赵颖, 王京 2009 物理学报 58 1980]

    [9]

    Gregory V H 2012 J. Phys. Chem. Lett. 3 1421

    [10]

    Hägglund C, Peter A S 2012 J. Phys. Chem. Lett. 3 1275

    [11]

    May V, Khn O 2003 Charge and Energy Transfer Dynamics in Molecular Systems (Berlin: WILEY-VCH Verlag Berlin CmbH) 99

    [12]

    Kyas G, May V 2011 J. Chem. Phys. 134 034701

    [13]

    May V, Khn O 2008 Phys. Rev. B 77 115439

    [14]

    May V, Megow J, Zelinskyi I 2012 Proc. SPIE 8424 842403

    [15]

    Zelinskyy Y, Zhang Y, May V 2012 J. Chem. Phys. A 116 11330

    [16]

    Wu D J, Liu X J 2008 Acta Phys. Sin. 57 5138 (in Chinese)[吴大建, 刘晓骏 2008 物理学报 57 5138]

    [17]

    Tan Z, Wang L X 2013 Acta Phys. Sin. 62 237303 (in Chinese)[谭姿, 王鹿霞 2013 物理学报 62 237303]

    [18]

    Zelinskyy Y, May V 2011 Nano Lett. 12 446

    [19]

    Khl A, Domcke W 2002 J. Chem. Phys. 116 263

    [20]

    May V 2002 Phys. Rev. B 66 245411

    [21]

    Weick G, Ingold G-L, Jalabert R A, Weinmann D 2006 Phys. Rev. B 74 165421

    [22]

    Gerchikov L, Guet C, Ipatov A 2002 Phys. Rev. A 66 053202

    [23]

    Weick G, Ingold G-L, Weinmann D, Jalabert R A 2007 Eur. Phys. J. D 44 359

    [24]

    Weick G, Molina R A, Weinmann D, Jalabert R A 2005 Phys. Rev. B 72 115410

    [25]

    Ramakrishna S, Willig F, May V 2000 Phys. Rev. B 62 16330

  • [1] 段谕, 戴小康, 吴晨晨, 杨晓霞. 可调谐的声学型石墨烯等离激元增强纳米红外光谱. 物理学报, 2024, 73(13): 138101. doi: 10.7498/aps.73.20240489
    [2] 叶高杰, 殷澄, 黎思瑜, 俞强, 王贤平, 吴坚. 金属纳米颗粒双圆环阵列的表面格点共振效应. 物理学报, 2023, 72(10): 104201. doi: 10.7498/aps.72.20230199
    [3] 厉桂华, 张梦雅, 马慧, 田悦, 焦安欣, 郑林启, 王畅, 陈明, 刘向东, 李爽, 崔清强, 李冠华. 低温促进表面等离激元共振效应及肌酐的超灵敏表面增强拉曼散射探测. 物理学报, 2022, 71(14): 146101. doi: 10.7498/aps.71.20220151
    [4] 张炼, 王化雨, 王宁, 陶灿, 翟学琳, 马平准, 钟莹, 刘海涛. 金属基底上光学偶极纳米天线的自发辐射宽带增强: 表面等离激元直观模型. 物理学报, 2022, 71(11): 118101. doi: 10.7498/aps.70.20212290
    [5] 张炼, 王化雨, 王宁, 陶灿, 翟学琳, 马平准, 钟莹, 刘海涛. 金属基底上光学偶极纳米天线的自发辐射宽带增强:表面等离激元直观模型. 物理学报, 2022, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.71.20212290
    [6] 胡宝晶, 黄铭, 黎鹏, 杨晶晶. 基于纳米金属-石墨烯耦合的多频段等离激元诱导透明. 物理学报, 2020, 69(17): 174201. doi: 10.7498/aps.69.20200200
    [7] 张多多, 刘小峰, 邱建荣. 基于等离激元纳米结构非线性响应的超快光开关及脉冲激光器. 物理学报, 2020, 69(18): 189101. doi: 10.7498/aps.69.20200456
    [8] 李盼. 表面等离激元纳米聚焦研究进展. 物理学报, 2019, 68(14): 146201. doi: 10.7498/aps.68.20190564
    [9] 刘姿, 张恒, 吴昊, 刘昌. Al纳米颗粒表面等离激元对ZnO光致发光增强的研究. 物理学报, 2019, 68(10): 107301. doi: 10.7498/aps.68.20190062
    [10] 周利, 王取泉. 等离激元共振能量转移与增强光催化研究进展. 物理学报, 2019, 68(14): 147301. doi: 10.7498/aps.68.20190276
    [11] 祁云平, 周培阳, 张雪伟, 严春满, 王向贤. 基于塔姆激元-表面等离极化激元混合模式的单缝加凹槽纳米结构的增强透射. 物理学报, 2018, 67(10): 107104. doi: 10.7498/aps.67.20180117
    [12] 贾博仑, 邓玲玲, 陈若曦, 张雅男, 房旭民. 利用Ag@SiO2纳米粒子等离子体共振增强发光二极管辐射功率的数值研究. 物理学报, 2017, 66(23): 237801. doi: 10.7498/aps.66.237801
    [13] 张振清, 路海, 王少华, 魏泽勇, 江海涛, 李云辉. 平面金属等离激元美特材料对光学Tamm态及相关激射行为的增强作用. 物理学报, 2015, 64(11): 114202. doi: 10.7498/aps.64.114202
    [14] 高静, 常凯楠, 王鹿霞. 光激发作用下分子与多金属纳米粒子间的电荷转移研究. 物理学报, 2015, 64(14): 147303. doi: 10.7498/aps.64.147303
    [15] 王鹿霞, 常凯楠. 异质结电荷转移的密度矩阵理论近似研究. 物理学报, 2014, 63(13): 137302. doi: 10.7498/aps.63.137302
    [16] 谭姿, 王鹿霞. 异质结线性吸收谱中的等离激元效应. 物理学报, 2013, 62(23): 237303. doi: 10.7498/aps.62.237303
    [17] 王垒, 蔡卫, 谭信辉, 向吟啸, 张心正, 许京军. 截面形状对快电子激发纳米双线表面等离激元的影响. 物理学报, 2011, 60(6): 067305. doi: 10.7498/aps.60.067305
    [18] 缪江平, 吴宗汉, 孙承休, 孙岳明. 表面等离极化激元对电荷输运影响的自洽场理论研究. 物理学报, 2004, 53(8): 2728-2733. doi: 10.7498/aps.53.2728
    [19] 许北雪, 吴锦雷, 刘惟敏, 杨海, 邵庆益, 刘盛, 薛增泉, 吴全德. 稀土对金属纳米粒子-介质复合薄膜(Ag-BaO)光电发射性能的增强. 物理学报, 2001, 50(5): 977-980. doi: 10.7498/aps.50.977
    [20] 任燕如, 尹道乐. 金属中声学等离激元的产生条件. 物理学报, 1981, 30(4): 545-548. doi: 10.7498/aps.30.545
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-01-08
  • 修回日期:  2014-01-27
  • 刊出日期:  2014-05-05

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