基于含时密度泛函理论的表面等离激元研究进展

张红; 尹海峰; 张开彪; 林家和

doi:10.7498/aps.64.077303

摘要

纳米粒子的局域表面等离激元(LSP)由于其新颖的光学特性成为目前国内外研究的热点之一. 本文利用含时密度泛函理论(TDDFT)对金属团簇及石墨烯纳米结构中的等离激元激发及调制的物理本质进行了研究. 和宏观大小的材料相比, 由于纳米结构的尺寸和量子受限效应, 纳米结构的等离激元具有一些不同的特征. 在低能共振区, 光谱线发生展宽, 并且发生劈裂. 由于纳米单体间的电磁耦合作用, 使聚合的纳米结构表现出了与单体不同的光学性质. 这些结果为等离激元的调控提供了坚实的理论指导.

关键词:

Abstract

Localized surface plasmon (LSP) of nanoparticles has become one of the world's research hotspots due to its novel optical properties. Based on the time-dependent density functional theory (TDDFT), this paper studies the physical nature of plasmon excitation which is modulated in metal clusters and graphene nanostructures. Compared with the plasmon in the macroscopic material, the plasmon in nanostructures has some different properties due to the effects of the size and the dimensional confinement. In lower-energy resonance zone, the spectral band is greatly broadened, and the photoabsorption strength line splits. Because of the electromagnetic coupling between the nano-monomers, aggregated nanostructures exhibit different optical properties. For plasmon regulation and control, these results provide a solid theoretical guidance.

Keywords:

surface plasmon /
clusters /
time-dependent density functional theory

作者及机构信息

1.
四川大学物理科学与技术学院, 成都 610065;

2.
高能量密度物理及技术教育部重点实验室, 成都 610065

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11474207, 11464023)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Physical Science and Technology, Sichuan University, Chengdu 610065, China;

2.
Key Laboratory of High Energy Density Physics and Technology of Ministry of Education, Sichuan University, Chengdu 610065, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11474207, 11464023).

参考文献

[1]	Wallis T M, Nilius N, Ho W 2002 Phys. Rev. Lett. 89 236802
[2]	Crommie M F, Lutz C P, Eigler D M 1993 Science 262 218
[3]	Nilius N, Wallis T M, Ho W 2002 Science 297 1853
[4]	Crain J N, Prerce D T 2005 Science 307 703
[5]	Yin H F, Zhang H 2012 International Journal of Quantum Chemistry 112 2816
[6]	Yin H F, Zhang H 2012 Appl. Phys. Lett. 101 061906
[7]	Yin H F, Zhang H, Cheng X L 2013 J. Appl. Phys. 113 113107
[8]	Runge E, Gross E K U 1984 Phys. Rev. Lett. 52 997
[9]	Yannouleas C, Broglia R A, Brack M, Bortignon P F 1989 Phys. Rev. Lett. 63 255
[10]	Yannouleas C, Broglia R A 1991 Phys.Rev. A 44 5793
[11]	Yannouleas C, Vigezzi E, Broglia R A 1993 Phys. Rev. B 47 9849
[12]	Bernath M, Yannouleas C, Broglia R A 1991 Phys. Rev. A 156 307
[13]	Prodan E, Roadloff C, Halas N J, Nordlander P 2003 Science 302 419
[14]	Yan J, Yuan Z, Gao S 2007 Phys. Rev. Lett. 98 216602
[15]	Yan J, Gao S 2008 Phys. Rev. B 78 235413
[16]	Zhang K B, Zhang H 2014 J. Phys. Chem. C 118 635
[17]	Bilalbegovic G 2003 Vacuum 71 165
[18]	Yang J H, Li B, Zhang Q J, Chen L 2012 Physics Letters A 376 2707
[19]	Senger R T, Dag S, Ciraci S 2004 Phys.Rev.Lett. 93 196807
[20]	Zhu L Y, Wang J L, Ding F 2009 J. Chem. Phys. 130 064706
[21]	Hendren W R, Murphy A, Evans P, O鈥機onnor D, Wurtz G A, Zayats A V, Atkinson R, Pollard R J 2008 J. Phys. Condens. Matter. 20 362203
[22]	Wang H W, Shieh C F, Chen H Y, Shiu W C, Russo B, Cao G Z 2006 Nanotechnology 17 2689
[23]	Bridges C R, Di-Carmine P M, Seferos D S 2012 Chem. Mater. 24 963
[24]	Kohl J, Fireman M, O鈥機arroll D M 2011 Phy. Rev. B 84 235118
[25]	Oshima Y, Onga A, Takayanagi K 2003 Phys. Rev. Lett. 91 205503
[26]	Jain P K, Eustis S, El-Sayed M A 2006 J. Phys. Chem. B 110 18243
[27]	Tsai C Y, Lin J W, Wu C Y, Lin P T, Lu T W, Lee P T 2012 Nano Lett. 12 1648
[28]	Jain P K, Huang W Y, El-Sayed M A 2007 Nano Lett. 7 2080
[29]	Gluodenis M, Foss C A 2002 J. Phys. Chem. B 106 9484
[30]	Grigorenko A N, Polini M, Novoselov K S 2012 Nature Photonics 6 749
[31]	Javier Garcia de Abajo F 2013 Science 339 917
[32]	Li M, Wu W, Ren W, Cheng H M, Tang N J, Zhong W, Du Y. W 2012 Appl.Phys.Lett. 101 103107
[33]	Yin H F, Zhang H 2012 J. Appl. Phys. 111 103502
[34]	Mishchenko E G, Shytov A V, Silvestrov P G 2010 Phys. Rev. Lett. 104 156806
[35]	Yin H F, Zhang H, Yue L 2014 Acta Phys. -Chim. Sin. 30 1049
[36]	Xiang H J, Huang B, Li Z Y, Wei S H, Yang J L, Gong X G 2012 Phys. Rev. X 2 011003
[37]	Bene J D, Jaffé H H 1986 J. Chem. Phys. 48 1807

施引文献

[1]	Wallis T M, Nilius N, Ho W 2002 Phys. Rev. Lett. 89 236802
[2]	Crommie M F, Lutz C P, Eigler D M 1993 Science 262 218
[3]	Nilius N, Wallis T M, Ho W 2002 Science 297 1853
[4]	Crain J N, Prerce D T 2005 Science 307 703
[5]	Yin H F, Zhang H 2012 International Journal of Quantum Chemistry 112 2816
[6]	Yin H F, Zhang H 2012 Appl. Phys. Lett. 101 061906
[7]	Yin H F, Zhang H, Cheng X L 2013 J. Appl. Phys. 113 113107
[8]	Runge E, Gross E K U 1984 Phys. Rev. Lett. 52 997
[9]	Yannouleas C, Broglia R A, Brack M, Bortignon P F 1989 Phys. Rev. Lett. 63 255
[10]	Yannouleas C, Broglia R A 1991 Phys.Rev. A 44 5793
[11]	Yannouleas C, Vigezzi E, Broglia R A 1993 Phys. Rev. B 47 9849
[12]	Bernath M, Yannouleas C, Broglia R A 1991 Phys. Rev. A 156 307
[13]	Prodan E, Roadloff C, Halas N J, Nordlander P 2003 Science 302 419
[14]	Yan J, Yuan Z, Gao S 2007 Phys. Rev. Lett. 98 216602
[15]	Yan J, Gao S 2008 Phys. Rev. B 78 235413
[16]	Zhang K B, Zhang H 2014 J. Phys. Chem. C 118 635
[17]	Bilalbegovic G 2003 Vacuum 71 165
[18]	Yang J H, Li B, Zhang Q J, Chen L 2012 Physics Letters A 376 2707
[19]	Senger R T, Dag S, Ciraci S 2004 Phys.Rev.Lett. 93 196807
[20]	Zhu L Y, Wang J L, Ding F 2009 J. Chem. Phys. 130 064706
[21]	Hendren W R, Murphy A, Evans P, O鈥機onnor D, Wurtz G A, Zayats A V, Atkinson R, Pollard R J 2008 J. Phys. Condens. Matter. 20 362203
[22]	Wang H W, Shieh C F, Chen H Y, Shiu W C, Russo B, Cao G Z 2006 Nanotechnology 17 2689
[23]	Bridges C R, Di-Carmine P M, Seferos D S 2012 Chem. Mater. 24 963
[24]	Kohl J, Fireman M, O鈥機arroll D M 2011 Phy. Rev. B 84 235118
[25]	Oshima Y, Onga A, Takayanagi K 2003 Phys. Rev. Lett. 91 205503
[26]	Jain P K, Eustis S, El-Sayed M A 2006 J. Phys. Chem. B 110 18243
[27]	Tsai C Y, Lin J W, Wu C Y, Lin P T, Lu T W, Lee P T 2012 Nano Lett. 12 1648
[28]	Jain P K, Huang W Y, El-Sayed M A 2007 Nano Lett. 7 2080
[29]	Gluodenis M, Foss C A 2002 J. Phys. Chem. B 106 9484
[30]	Grigorenko A N, Polini M, Novoselov K S 2012 Nature Photonics 6 749
[31]	Javier Garcia de Abajo F 2013 Science 339 917
[32]	Li M, Wu W, Ren W, Cheng H M, Tang N J, Zhong W, Du Y. W 2012 Appl.Phys.Lett. 101 103107
[33]	Yin H F, Zhang H 2012 J. Appl. Phys. 111 103502
[34]	Mishchenko E G, Shytov A V, Silvestrov P G 2010 Phys. Rev. Lett. 104 156806
[35]	Yin H F, Zhang H, Yue L 2014 Acta Phys. -Chim. Sin. 30 1049
[36]	Xiang H J, Huang B, Li Z Y, Wei S H, Yang J L, Gong X G 2012 Phys. Rev. X 2 011003
[37]	Bene J D, Jaffé H H 1986 J. Chem. Phys. 48 1807

[1]	张彩霞, 马向超, 张建奇. Au(111)薄膜表面等离激元和热载流子输运性质的理论研究. , 2022, 71(22): 227801. doi: 10.7498/aps.71.20221166
[2]	郑治秀, 张林. Fe基体中包含Cu团簇的Fe-Cu二元体系在升温过程中结构变化的原子尺度计算. , 2017, 66(8): 086301. doi: 10.7498/aps.66.086301
[3]	尹海峰, 张红, 岳莉. C60富勒烯二聚物的等离激元激发. , 2014, 63(12): 127303. doi: 10.7498/aps.63.127303
[4]	王志萍, 朱云, 吴亚敏, 张秀梅. 质子与羟基碰撞的含时密度泛函理论研究. , 2014, 63(2): 023401. doi: 10.7498/aps.63.023401
[5]	吕瑾, 杨丽君, 王艳芳, 马文瑾. Al2Sn（n=210）团簇结构特征和稳定性的密度泛函理论研究. , 2014, 63(16): 163601. doi: 10.7498/aps.63.163601
[6]	王志萍, 陈健, 吴寿煜, 吴亚敏. 碳分子线C5在激光场中的含时密度泛函理论研究. , 2013, 62(12): 123302. doi: 10.7498/aps.62.123302
[7]	姚建刚, 宫宝安, 王渊旭. NO在Yn(n=1–12)团簇表面的解离性吸附. , 2013, 62(24): 243601. doi: 10.7498/aps.62.243601
[8]	陈季香, 羌建兵, 王清, 董闯. 以最大原子密度定义合金相中的第一近邻团簇. , 2012, 61(4): 046102. doi: 10.7498/aps.61.046102
[9]	韩清瑶, 汤俊超, 张弨, 王川, 马海强, 于丽, 焦荣珍. 局域态密度对表面等离激元特性影响的研究. , 2012, 61(13): 135202. doi: 10.7498/aps.61.135202
[10]	韩小静, 王音, 林正喆, 张文献, 庄军, 宁西京. 团簇异构体生长概率的理论预测. , 2010, 59(5): 3445-3449. doi: 10.7498/aps.59.3445
[11]	高皓, 廖龙忠, 张朝晖. 离子注入的铝在Si(100)表面的偏析及其引起的纳米团簇和合金晶粒形成现象的实验研究. , 2009, 58(1): 427-431. doi: 10.7498/aps.58.427
[12]	赵骞, 张林, 祁阳, 张宗宁. 低温下Cu13团簇负载于Cu(001)表面上结构变化的分子动力学研究. , 2009, 58(13): 47-S52. doi: 10.7498/aps.58.47
[13]	张宗宁, 刘美林, 李蔚, 耿长建, 赵骞, 张林. 熔融Cu55团簇在Cu(010)表面上凝固过程的分子动力学模拟. , 2009, 58(13): 67-S71. doi: 10.7498/aps.58.67
[14]	张林, 张彩碚, 祁阳. 低温下Au959团簇负载于MgO(100)表面后结构变化的分子动力学研究. , 2009, 58(13): 53-S57. doi: 10.7498/aps.58.53
[15]	杨明, 刘建胜, 蔡懿, 王文涛, 王成, 倪国权, 李儒新, 徐至展. 低密度大尺寸团簇形成的诊断研究. , 2008, 57(1): 176-180. doi: 10.7498/aps.57.176
[16]	崔磊, 顾斌, 滕玉永, 胡永金, 赵江, 曾祥华. 脉冲激光偏振方向对氮分子高次谐波的影响－－基于含时密度泛函理论的模拟. , 2006, 55(9): 4691-4694. doi: 10.7498/aps.55.4691
[17]	何春龙, 袁喆, 申旭阳, 许雅歌, 李家明. 价键优选法：二、三周期小团簇的理论研究. , 2006, 55(1): 162-170. doi: 10.7498/aps.55.162
[18]	乐仁昌, 林刚勇. 理想条件下氦氡团簇离子垂直移动速度的理论计算. , 2005, 54(9): 4113-4116. doi: 10.7498/aps.54.4113
[19]	郝静安, 郑浩平. Ga6N6团簇结构性质的理论计算研究. , 2004, 53(4): 1044-1049. doi: 10.7498/aps.53.1044
[20]	何春龙, 王锋, 李家明. 团簇红外吸收谱的理论研究. , 2003, 52(8): 1911-1915. doi: 10.7498/aps.52.1911

计量

文章访问数: 8299
PDF下载量: 1079
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板