托卡马克等离子体中共振磁扰动场放大效应对离子轨道特性的作用

首先,利用MARS-F程序模拟了HL-2A装置中不同电阻率、环向旋转频率和环向模数条件下等离子体对共振磁扰动(RMP)的线性响应过程,分析了不同情况下共振场放大效应对三维扰动磁场的影响;然后,利用Boris算法追踪了三维场作用下的离子轨道,并详细探究了不同扰动磁场改变离子轨道特性的物理机制.研究发现,考虑等离子体响应后的扰动磁场可增强离子轨道径向展宽,且轨道最大径向展宽随轨道上扰动磁场平均值的增大而增大;同时,离子在通过扰动磁场被强烈放大的区域时轨道径向展宽会显著增加.该物理机制可用于解释RMP缓解边界局域模实验中离子直接损失增加和等离子体径向输运增强现象.

局域表面等离子效应的新应用

评述局域表面等离子体最新研究进展,介绍近年来在金属纳米颗粒和纳米结构的表面等离子体光学理论和实验研究上取得的一些成果,包括银纳米粒子的制备以及不同形状、尺寸等因素对局域表面等离子体光谱的影响、表面等离子体共振放大拉曼散射的增强、等离子激光、等离子非线性效应及局域表面等离子光热效应等.探讨表面等离子体光学结构在纳米尺度上对光的各种性质的调控以及局域表面等离子体在纳米生物光子学方面的新应用.

表面等离子体激元的原理与应用

光与物质之间的相互作用,被视为光学应用的最基础物理问题。由光与凝聚态物质之间的相互作用形成的表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs),是一种新型的元激发准粒子,因其具有独特的色散和局域场增强特性引起广泛关注。SPPs器件打破了传统光学衍射限制,在纳米光子器件中有独特优势,应用于微纳光子学的前沿研究。阐述了SPPs的色散关系、激发方式、传播形式和物理性质,重点探讨了SPPs在波导、近场光学、传感器、生物医疗、光子芯片、表面增强拉曼散射和太阳能电池等方面的应用,并提出了研究前景。

纳米尺度下的局域场增强研究进展

金属纳米颗粒的等离激元共振引起的局域场增强效应,对显微成像、光谱学、半导体器件、非线性光学等诸多领域都具有极大的应用潜力。尤其是在光学纳米材料领域,通过亚波长金属纳米颗粒与电介质的组合引起局域场增强效应,提高了纳米材料的光学性能,并促进纳米材料在光学领域的应用。本文主要综述几种常见纳米结构所产生的局域场增强效应及其应用,详细介绍并总结了金属纳米材料的不同结构参数与局域场增强的关系及局域场增强在非线性光学、光谱学、半导体器件等领域的应用。未来,随着对金属纳米材料的研究愈发深入,局域场增强的应用将更加广泛,这将对诸多领域的发展产生重要影响。

TMR中高能α粒子捕获共振Alfven离子回旋波不稳定性

本文讨论了串接磁镜反应堆(TMR)中,高能α粒子对Alfven离子回旋波不稳定性的影响,解析结果表明,当捕获反弹的α粒子与离子回旋波发生捕获共振时,离子回旋波将变成不稳定。这种非局域效应将导致高能α粒子的损失,结果大大降低了TMR对高能α粒子的约束能力。

纳米银粒子对[Ru(bpy)_3]^(2+)光谱学性质的影响及电解质效应

研究了[Ru(bpy)3]2+溶液中引入纳米银粒子的光谱学性质变化规律以及[Ru(bpy)3]2+与纳米银粒子所构成的溶液体系([Ru(bpy)3]2+-Ag)的电解质效应.研究结果表明,[Ru(bpy)3]2+吸附在纳米银粒子表面使纳米银粒子相互桥连形成规则的类链状网络聚集体.纳米银粒子造成[Ru(bpy)3]2+溶液荧光猝灭,且大尺寸的纳米银粒子引起的荧光猝灭程度较大.在[Ru(bpy)3]2+-Ag体系中引入电解质造成纳米银粒子不同程度的聚集和生长.电解质对纳米银聚集影响为:CaCl2>MgCl2>Ca(NO3)2>KCl>KNO3.随着[Ru(bpy)3]2+-Ag体系中引入电解质含量的增加,溶液的荧光强度先降低而后又逐渐增强,直至达到定值,表明一定量的电解质可产生荧光猝灭释放效应.电解质对荧光强度影响顺序为:Ca(NO3)2>CaCl2>MgCl2>KCl>KNO3.采用透射电子显微镜、紫外-可见吸收分光光度计和荧光分光光度计等手段从分子间相互作用和能量传输等方面初步探讨了纳米银粒子对表面吸附[Ru(bpy)3]2+溶液光谱学性质的影响机制以及电解质效应.

基于单个花状银纳米颗粒的表面增强拉曼散射效应研究

在室温下,以硝酸银为银源,抗坏血酸为还原剂,通过调节表面活性剂聚乙烯吡络烷酮的浓度,实现对花状银纳米颗粒的可控制备。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和X射线能谱等手段检测并分析了材料的形貌结构和成分组成。实验结果表明,当聚乙烯吡络烷酮的浓度为0.1 mol/L时,所制备花状银纳米颗粒的表面结构达到最精细的状态且颗粒的尺寸达到微米量级,适合对单颗粒进行定位与光学性质研究。以结构最优化的花状银纳米颗粒为表面增强拉曼散射基底材料,以羟基苯甲酸为探针,对单个和少数颗粒的表面增强拉曼散射效应进行了研究,并借助暗场散射光谱分析了基底的表面增强拉曼散射机理。结果显示,该花状银纳米颗粒因其独特的表面结构为拉曼信号增强提供了大量“热点”。良好的拉曼性能以及较低的制备成本表明,该新型表面增强拉曼散射基底具有很大的应用前景。

粒子等离子共振对有机半导体共混体系中激发复合体荧光发射的作用

研究了具有局域等离子共振特性的金纳米岛状结构阵列对高分子材料共混体系中激发复合体荧光发射特性的影响.实验结果表明,当粒子等离子共振发生在激发复合体荧光光谱区时,其荧光发射的强度得到了显著增强,且荧光寿命也得以延长.可以认为,粒子等离子共振诱发的局域场增加了激子的扩散距离,利于在相分离界面处激发复合体的形成.

电解质对吸附于纳米银粒子表面荧光素的光谱学性质的影响

在含有纳米银的荧光素溶液(Fl-Ag)中引入KNO3、KCl、Ca(NO3)2和CaCl2电解质,利用透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计等技术研究电解质对Fl-Ag溶液的显微结构和光谱学性质的影响。结果表明,电解质离子与纳米银粒子间存在较强的相互作用,这种强的相互作用造成纳米银粒子不同程度的聚集和生长。各电解质引起的纳米银粒子的聚集程度关系为CaCl2>Ca(NO3)2>KCl>KNO3。随着电解质加入量的增加,溶液的荧光强度先下降,而后又逐渐增强,直至达到定值。各电解质对Fl-Ag溶液的荧光强度影响强弱关系为Ca(NO3)2>CaCl2>KCl>KNO3。本文从分子间的相互作用、能量传输等方面探讨了电解质离子对含有纳米银的荧光素溶液的显微结构和光学性能影响机理。

金属纳米线阵列的光学非线性增强因子的分析和计算

以平行排列的无限长金属圆柱体为模型 ,基于金属颗粒与电磁场相互作用的平均场理论和非线性光学的基本理论 ,计算了局域场增强和表面等离子体共振引起金属纳米线阵列的光学非线性增强 ,通过理论计算得到了银纳米线阵列的局域场增强因子和有效三阶非线性极化率的增强因子 。

强激光对于电子的回旋共振加速

粒子的激光加速是下一代高能加速器的主要原理。一种可能的方案是在等离子体中射入强激光以加速粒子。当电磁波强度足够大时,必须把电子处理为相对论的。如果等离子体密度足够低。

金属纳米表面等离子激元的共振辐射增强研究

主要研究了不同结构参数对金属纳米表面等离子激元辐射增强的影响,以提高入射电磁波与金属表面自由电子的耦合效率。对Au、Ag纳米颗粒进行了数值模拟,比较了不同形状金属纳米颗粒的局域场增强。与其他结构相比,球形金属纳米颗粒具有更显著的局域场增强效应。通过改变球形金属纳米颗粒的各个参数进行Purcell分析,结果表明:沿极化方向的长轴尺寸、垂直于极化方向的短轴尺寸、环境材料的折射率以及光源距纳米颗粒的距离都会极大地改变金属纳米表面等离子激元共振辐射增强的效果,且会对共振波长的位置产生极大影响。最后对具有椭球壳结构的金属纳米颗粒进行了模拟,发现随着椭球壳内填充介质的折射率和椭球壳厚度改变,辐射强度都表现出不同程度的增强。

金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用

金属纳米结构的表面等离子体光学在光催化、纳米集成光子学、光学传感、生物标记、医学成像、太阳能电池,以及表面增强拉曼光谱等领域有广泛的应用前景,这些功能和金属纳米结构与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关.本文简单回顾国际上该领域过去十来年的一些重要研究进展和当前发展的前沿动态,重点介绍我们课题组近年来在金属纳米颗粒和纳米结构的表面等离子体光学理论和实验研究上取得的一些成果.同时还介绍了我们课题组目前在表面等离子体光学研究方面的若干新思路,包括表面等离子体共振放大、紫外波段光学天线、纳米天线光学双稳态、表面等离子体辅助的量子相互作用等.通过这些经验和教训的介绍与讨论,期望能够达到抛砖引玉的目的,与国内同行来共同探讨表面等离子体光学结构是如何在纳米尺度上实现对光的各种性质的调控和利用的,并向等离子体光学的未知领域开拓进取.

金纳米棒的光学性质研究进展

金纳米棒在紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)波段具有独特的可调节表面等离子体共振(SPR)光学特性,其良好的稳定性、低生物毒性、亮丽的色彩和在催化、信息存储、生物医学等领域广阔的应用前景受到相关研究领域的广泛关注.结合已有的研究基础,本文主要综述了金纳米棒光学性质的研究进展,包括表面等离子体共振、局域场增强效应、共振耦合效应及荧光特性,并对金纳米棒的应用做了展望.

CuS半导体纳米盘合成及光学性能研究

采用高温有机相合成CuS纳米盘,并采用透射电子显微镜、X线衍射仪、紫外可见分光光度计和X线光电子能谱仪分析其形貌、晶相、电子能级结构和光学性质.采用Drude模型,计算分析CuS纳米盘空穴浓度为5.5×10^21 cm^-3,在入射光的作用下产生的局域表面等离子体共振是CuS近红外吸收的主要来源.通过时域有限差分数值方法模拟研究发现CuS纳米盘结构中存在面内和面外两种表面等离激元共振模式,且面内模式对NIR吸收贡献最大,局域场的增强是面外模式结果的3倍,在未来的NIR光电器件性能增强领域具有重要应用前景.