金核二氧化硅壳复合材料的光电场分布计算
在电磁场数值分析的计算方法中，有限差分法是应用最早的 一种方法，有限差分法简称差分法，它不同于以往的任何一种方法，它以差分原理为 基础，直接从概括电磁场普遍规律的麦克麦克斯韦旋度方程出发，将其转换为差分方 程组，在一定体积内和一段时间上对连续电磁场的数据取样。因此，它是对电磁场问 题的最原始、最本质、最完备的数值模拟，具有最广泛的实用性。以它为基础制作的 计算程序，对广泛的电磁场问题具有通用性。由它所得的结果应该是“完备”的矢量 场，由此所算出的三维电磁场也应该是“精确”的。
为了研究SHINERS的机理并计算场增强效果，厦门市分析仪器研发产业化中心研究人员使用三维有限时域差分方法（3D-FDTD）进行理论模拟。图为计算得出的撒在金单晶表面呈2 × 2阵列的Au@SiO2纳米粒子光电场分布示意图。通过控制透明壳层的厚度，使金纳米粒子位于距离原子级平整的表面非常近的位置，它们之间的纳米间隙上刚好能够激发定域表面等离子体共振，从而使吸附在材料表面并处在纳米粒子之下的分子上产生很大的电磁场增强，并显著地提高了拉曼信号的强度。因此这项技术能检测到单层吸附在我们所感兴趣的、并有重要实际应用价值基底上的物质。计算的结果显示，当壳层厚度为4nm与2mm时，电场最大增强效果分别约为入射光的85倍和142倍；最大的拉曼散射增强出现在粒子和基底的接合处即热点，分别约有5 × 107和4 × 108倍的增强大小。3D-FDTD模拟也发现了粒子间的距离不会对粒子与基底间的电场分布强度产生显著的影响。