基于纳米金针尖增强的亚表层光热效应研究

金纳米针尖激发的光场增强和光热效应在材料表面加工和激光辅助制造方面应用前景广泛,但其能量产生和转化机制的理论分析却鲜见展开。本文通过数值模拟研究了金纳米针尖与光相互作用的光场增强和光热效应。首先研究了独立金针尖的近场增强与入射波长和入射角度的关系。在波长为532 nm的平行光照射下,距离针尖表面10 nm处最大的电场增强高达约66倍。在针尖下方设置硅基底,针尖与硅基底的间隙中出现更强的光场增强,同时在硅基底的亚表层中产生热源。当入射光的功率密度为2×10^(7)W/m^(2)时,该热源的能量密度高达3×10^(15)W/m^(3)。在针尖下方设置单层石墨烯,增强效应形成的纳米尺度热源可以穿透单层碳原子使石墨烯被加热55倍。