具有不同外半径的金纳米球壳消光光谱
金属纳米结构具有的局域表面等离激元共振(localized surface plasmon resonance, LSPR)特性使其在生化传感、医学诊断、微纳光子器件等方面有着广阔的应用前景. 常见的纳米结构有球形、三角形、圆盘形、环形、核壳形等. 其中, 球壳结构因其制备相对简单、LSPR波长调谐范围宽等优点, 受到了人们更多的关注. Halas小组的研究表明, 壳层厚度微小变化, 金纳米球壳的LSPR波长即可从可见移至近红外波段, 从而更有利于生物组织检测; 而且优化其结构参数, 可最大限度的实现对太阳光能量的利用. Wu和Liu分析了金银双金属球壳的光学性质, 给出了该结构应用于生物医疗时的最佳几何参数. Liu和Li研究了有限个球壳体系的LSPR特性, 发现随球壳间距减小或数量增多共振波长向长波长方向移动, 而Zhang等证实一维链式球壳体系的LSPR波长随壳层厚度的减小也发生红移.
同时, 球壳光学性质的理论解释也有重要进展, 可概括为: 当球壳尺寸较小时, 壳层内外表面电子间的杂化效应使得壳层厚度越小共振波长越红移, 当球壳尺寸较大时, 还受到入射光相位延迟作用, 尺寸越大共振波长越红移, 如果体系存在两个或更多个球壳时, 球壳间的电场耦合作用也对其共振波长产生影响, 间隔越小共振波长越红移. 尽管目前金属纳米球壳的光学性质已有较多研究, 但多集中于壳层厚度较薄的情形, 而且其共振波长移动规律与球壳物理参量及结构参数间的关系还未见系统报道.
枣庄学院光电工程学院张兴坊等人理论研究了金纳米球壳的几何结构参数, 及物理参量对局域表面等离激元共振波长调谐特性的影响. 结果表明,随着壳层厚度的增大, 球壳消光共振峰先蓝移后红移, 高阶峰转向时对应的壳层厚度比低阶峰大, 且该厚度与球壳内径的比值随内径尺寸的增大而减小, 随内核材料或外界环境介电常数的增大而增大, 散射共振峰也有类似的移动规律. 利用电子杂化效应和相位延迟效应对该现象进行了理论解释.