银纳米棒光学性质的离散偶极近似计算

利用离散偶极近似 (Discretedipoleapproximation ,简称DDA)的方法 ,从理论上对粒子的形状、尺寸及周围介质等因素对银纳米粒子 ,特别是银纳米棒的光学性质的影响进行了较系统的研究 .计算表明 ,置于空气中的棒状银纳米粒子的光学性质与其形状密切相关 ,纵向表面等离子体共振吸收峰的位置随纳米棒长径比的增加呈现线性红移关系 .给出了空气中银纳米棒纵向表面等离子体共振吸收峰的位置随长径比变化的DDA拟合公式 .如果将金属纳米粒子置于折射率更高的介电环境中 ,其纵向等离子体共振吸收峰的位置进一步呈现线性红移关系 .合成的银纳米粒子的TEM图像及相关的UV VIS消光光谱显示DDA计算结果与实验值相当一致 .DDA算法与Mie′s理论在计算球状银纳米粒子的消光系数时给出很接近的结果 ,这表明用DDA的方法来分析银的光学性质是准确可靠的 ;而DDA算法对银纳米棒消光特性的成功拟合则表明 ,该算法相对Gans′理论而言 ,在研究纳米粒子的光学性质时具有更广的适用性及更高的准确性 .

电偶极近似条件下电磁相互作用的Feynman路径积分描述

本文讨论了电偶极近似条件下的电磁相互作用 .采用相空间中的Feynman路径积分 ,利用正则变换 ,计算出变质量变频率谐振子与电磁场相互作用时的传播子以及常质量常频率谐振子与电磁场相互作用时的波函数 .同时也表明了传播子的形式与规范选择有关 .

钴纳米结构光学性质的离散偶极近似分析

基于离散偶极近似理论,模拟分析了四种不同钴纳米结构的光学性质,具体讨论了钴单质半径、钴金合金材料的组分、钴金核壳结构中的内核大小及壳厚度、钴空心球的尺寸及空球壳厚度等参数对其消光光谱的影响。结果表明,半径50nm的钴颗粒水溶液消光效率最大,且散射强度优于吸收;中空钴球相比实心颗粒消光谱红移,内半径40nm、壳厚5nm的空心钴纳米结构在可见光区域的消光效率最高;半径50nm、钴金原子成分比值为1的合金颗粒在可见光区域具有较宽的散射光谱;随钴金核壳结构中核壳尺寸的增大,消光谱都由显示有两个峰位的波形演化为一个半高宽较大的波形,颗粒特性受核壳金属的共同作用。这些结果可以为其在太阳能领域等应用中的结构参数选择提供参考和借鉴。

含时谐振子在磁偶极近似下的规范不变跃迁几率幅

本文将非相对论量子力学的规范不变表述在磁偶极近似下用于含时谐振子，导出了获得规范不变跃迁几率幅的一般方程。

心电势的偶极近似与四极修正

本文直接从除极化面上偶电层所产生的电势公式出发,给出了体表心电势的偶极近似;然后,讨论了四极修正并用它估算了心电图机Wilson中心端的电势对零值的偏差。

电偶极近似下带电双耦合谐振子的量子力学规范无关解

本文根据量子力学与经典力学的对应原理,导出电磁场中带电双耦合谐振子体系的质心粒子和“相对运动粒子”的薛定谔方程:在电偶极近似(EDA)下,根据量子力学的规范不变表述(GIF),分别计算两独立谐振子的波函数对各自的能量算符本征态展开的规范无关几率振幅;对于相对运动谐振子,采用定态微拢法处理其中的耦合粒子间的库仑相互作用;用时关微拢法处理外场对粒子的作用,求出规范几率振幅的近似解。最后对上述解法作简要的讨论。

磁偶极近似下带电双耦合谐振子的量子力学规范不变解

本文利用量子力学规范不变表述(GIF)在磁偶极近似(MDA)下选择对称规范解弱磁场中的双耦合谐振子问题。因为在MDA中能量算符的本征值、本征函数和能量算符的本征态展开系数虽都具有规范不变性,但在MDA中矢势却不可能用任何规范变换将它从能量算符中消除,所以的本征值和本征态都是时间函数,因此求解规范无关几率振幅的运动方程时较EDA复杂,本文只有用时关微扰求出近似解。对于双耦合谐振子的处理则是首先将它分解为质心谐振子和相对谐振子两部分独立振子,然后再分别用时关微扰和定态微扰作近似计算。

用离散偶极近似理论研究银纳米粒子的消光光谱与介电环境的关系

利用离散偶极近似(DiscreteDipoleApproximation,简称DDA)的方法,分别计算一定尺度的球状、棒状和椭球状银纳米粒子在不同介电环境下的消光光谱.结果表明,银纳米粒子的最大消光位置随所处介电环境折射率的增加呈现明显的红移现象,两者之间的关系大体呈线性.

金属纳米颗粒光学性质的离散偶极近似计算

采用离散偶极子近似(DDA)方法,研究了单体银纳米粒子和银纳米粒子阵列的光谱特性。研究结果发现,单体银纳米粒子的表面等离子体共振消光峰的位置随着周围介质折射率和粒子尺寸的增大逐渐红移,并且消光光谱的峰宽也越来越大。当银纳米粒子正方阵列的周期接近单体的共振波长时,阵列的消光光谱中会出现尖锐的共振峰,改变粒子尺寸的大小可以发现消光光谱中共振峰的峰值和位置有大幅度地改变,通过改变阵列在平行和垂直于入射光偏振方向上的周期,可以调节二维长方阵列共振峰的峰宽和峰位。该研究为纳米粒子在光学显微镜、生物传感元件、数据存储等领域中的应用提供有效地理论参考。

非磁性小粒子散射的磁偶极贡献

采用磁偶极子和电四极子模型下的静场近似方法 ,得到了球形小粒子电磁散射场的两个高阶项 ,其大小正比于粒子半径的五次方 ,它和Mie级数解中对应的两项近似结果完全一致 ,从而可以将Mie级数解中这两项解释为磁偶极和电四极项散射的贡献。该方法仅要求粒子的几何尺寸的平方远小于波长的平方 ,在该条件下可将这种方法推广应用到非球形粒子 ,并给出了椭球和矩形两种非球形小粒子磁偶极散射贡献的理论计算公式 ,其结果与FDTD数值模拟结果有很好的一致性。

金纳米粒子光学性质中的尺寸和形状效应

纳米尺度的金属及半导体呈现出特殊的光学、电学及磁学性质,采用近年发展起来的离散偶极近似(DDA)的方法,我们分析了金纳米粒子的尺寸及形状对其光学性质的影响。粒子周围介质的影响在文中亦作了分析。计算结果显示,金纳米粒子的等离子体吸收带同时受到粒子尺寸和形状的影响,但来自形状的影响更为明显。与米氏理论及扩展的甘氏理论相比较,DDA方法在粒子尺寸不再远小于入射光波长的时候更准确,并能应用于任何形状的纳米粒子。理论计算与实验结果能较好的吻合。

Au-中间层-Ag纳米核壳的法诺共振特性研究

为研究不同中间层材料对局域表面等离子体共振(LSPR)特性的影响,采用离散偶极近似(DDA)方法系统研究Au-中间层-Ag纳米核壳的LSPR消光特性,并利用等离激元杂化理论对其法诺共振现象进行解释。结果表明:具有对称结构的3层纳米核壳结构可实现法诺共振;法诺共振峰峰位强烈依赖于纳米核壳的中间层材料、内核半径和外界介质折射率;Au-Ni-Ag纳米核壳LSPR峰位随金核半径的增大而红移,且只有1个共振峰,归因于金核对LSPR的压缩作用;而金核半径和外界介质折射率的增大导致Au-Si3N4-Ag纳米核壳LSPR峰位的红移,且有3个共振峰,归因于中间层Si3N4对LSPR的增强作用。上述现象可利用纳米核壳的电场分布进行分析。通过选择合适的几何参数,Au-中间-Ag纳米核壳法诺共振峰峰位可调谐至600~1 200 nm。

一维氧化硅/银核-壳型纳米复合材料的制备及其消光性能

利用预处理-化学镀法在氧化硅纳米线表面包覆银层，制备出具有一维核-壳结构的氧化硅／银纳米复合材料。结果表明：当Ag（NH3）2^＋浓度为0．05～0．25mol／L时，可在氧化硅纳米线表面形成银包覆层，随着银氨离子浓度的增加，其厚度从数十纳米增加到上百纳米；银壳层由大小不一、纯度很高、面心立方结构的银纳米粒子紧密堆积而成；一维氧化硅／银核-壳纳米复合材料的实测值紫外-可见吸收光谱和采用离散偶极近似理论模拟计算的理论光谱很接近；可见光区的吸收峰和近红外区的吸收峰分别来源于核-壳纳米复合材料横向和纵向偶极表面等离子体共振银层厚度的增加使近红外区的吸收峰发生明显蓝移。

雪花状冰晶的毫米波散射特性

根据观测的冰晶样品,建立雪花状冰晶的偶极子矩阵,利用离散偶极近似方法计算有效半径1 mm内雪花状冰晶在毫米波段(94 GHz,140 GHz,220 GHz)的散射、吸收、衰减和后向散射截面并与等有效半径的球形冰晶进行比较。结果表明,冰晶的散射特性依赖于粒子形状、大小和电磁波频率;散射在大冰晶中占主导地位,而吸收在小冰晶中占主导地位;雪花状冰晶的吸收作用随着冰云有效粒径和微波频率的增加而增加;在94 GHz、140 GHz频率下用球形冰晶代替雪花状冰晶,将会低估雪花状冰晶的后向散射能力,尤其在大粒子区;而在220 GHz频率下,用球形冰晶代替雪花状冰晶,将会高估雪花状冰晶的后向散射能力。

脉冲激光在有机分子材料中的共振传播

利用麦克斯韦 布洛赫耦合方程,研究了激光脉冲在4,4′ 二甲氨基二苯乙烯分子材料中的共振传播,探讨了激光脉冲在传播中的时空演化情况。在数值计算中考虑了各种阻尼效应。

梯度圆柱颗粒复合介质的有效非线性响应

应用非线性微分有效偶极近似方法,导出了关于非线性梯度圆柱颗粒的等效线性介电常数和三阶非线性极化率的微分式,研究了稀释极限下,圆柱形梯度颗粒无规置入线性介质中组成的复合介质的有效线性介电常数和三阶非线性极化率.作为应用,数值计算了具有幂指数梯度分布的介电常数的颗粒复合介质的有效非线性响应,及梯度金属电介质颗粒复合介质的表面plasmon共振效应.

电流变液中悬浮颗粒的体积与形状的变化

基于偶极近似 ,运用电极化方法 ,定量研究了电流变液中悬浮颗粒在外电场作用下其体积和形状的变化 ,并计算了其体积和形状的相对变化率 .研究结果表明 :悬浮颗粒的体积和形状的相对变化率均与电场强度的平方成正比 ,并与ER本身的性质有关 .一般情况下 ,颗粒的体积和形状的相对变化率分别为 8.4 %和 12 .5 % ,对总体积变化率的贡献为 1.6 8% .这种变化对于ER系统的电涨和电热都作出了贡献 ,仅当将颗粒当作刚性球时 ,其自由能才与电场强度的平方成正比 .

入射光偏振对金纳米棒状颗粒光学性质的影响

利用离散偶极近似(Discrete dipole approximation,DDA)方法分析了入射光偏振状态对单个金纳米棒状颗粒的光学性质的影响,并给出了单个金纳米棒状颗粒底面和剖面的近场分布图,对于设计实现基于金属微纳结构的纳米光子器件具有一定的指导意义。研究结果表明,不同的入射光偏振方向会激发不同的表面等离子体模式(横向表面等离子体共振和纵向表面等离子体共振),这将影响俸状颗粒的消光谱峰和近场分布。

球形银纳米颗粒及氧化硅/银纳米壳层的消光性能模拟

采用离散偶极近似理论,对球形银纳米颗粒和氧化硅/银纳米壳层在紫外-可见-近红外波段的消光性能进行模拟计算研究。研究结果表明:随着粒径的增加球形银纳米颗粒的偶极消光峰逐渐红移,四极消光峰开始出现且逐步红移,散射作用增强而吸收作用减弱。粒径和核壳比对氧化硅/银纳米壳层的消光性能均有很大影响,随着核壳比增大,主要消光峰发生规律性红移;当核壳比相同时,较大粒径的纳米壳层其消光峰位于较长波长处。当银壳层厚度超银的电子平均自由程时,纳米壳层的消光特征与同粒径银纳米颗粒的完全一致。

金纳米核壳局域表面等离子体激元的消光特性研究

采用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法考察核壳比和外界介质折射率对ITO/Au、CdS/Au、Nb-Sn/Au纳米核壳粒子表面等离子体共振消光特性的影响,并利用杂化理论对其物理本质解释。仿真结果表明,ITO/Au和CdS/Au纳米核壳的ω-模式对应的共振峰峰位随核壳比的增加逐渐红移,而Nb-Sn/Au纳米核壳对应的共振峰峰位随核壳比的增加逐渐蓝移;ω+模式对应的四极共振峰峰位随核壳比的增大缓慢蓝移;集中在金壳两极点的振荡电荷对核壳球模式和腔模式的耦合作用以及电场分布有显著影响;相同尺寸纳米核壳的消光能力由强到弱依次是ITO/Au、Nb-Sn/Au、CdS/Au。