论文部分内容阅读
手性是指一种结构本身不能与其镜像结构重合的特性。手性物质的手性信号可以通过圆二色性(Circular Dichroism,CD)来表征的,手性结构的CD被定义为在左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的激发下结构吸收率的差异,其吸收率的差值即为CD信号的大小。由于自然界中存在的手性结构的手性信号非常微弱,所以研究人员应用人工设置的手性金属微纳结构产生手性信号。通常人工设置的手性金属微纳结构形状相对规则,CD信号较大,主要原因是由于圆偏振光照射金属结构表面产生了局域表面等离激元(localized surface plasmon,LSP)以及表面等离极化激元(Surface Plasmon Polariton,SPPs)导致。这对进一步了解手性以及手性结构产生CD信号的原因变得至关重要。因此,本文基于金属手性微纳结构的研究现状,为进一步提升具有强圆二色性信号的手性结构的CD信号强度,提出了三种平面手性金属微纳结构,主要研究内容如下:(1)设计了一种T型微纳结构/金属缝隙复合结构,并基于有限元方法研究了该结构产生圆二色性的机理。由于金属缝隙的导通和限制作用可以将电场局域在缝隙两侧的金属薄膜上,使得结构上产生两个电偶极子并形成Anti-bonding模式,产生更大的CD信号。在左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的垂直照射下,T型微纳结构/金属缝隙复合结构的模拟光谱中观察到一种明显可见的振动模式,并通过电流分布图研究了该模式下CD效应产生的物理机制。研究发现,相比于单独的T型微纳结构的吸收光谱,T型微纳结构/金属缝隙复合结构的CD效应增强了 15.1倍。该研究可以对增强金属手性微纳结构的圆二色性有一定指导意义。(2)设计了一种具有方形孔的矩形块结构,并研究了结构的CD信号产生的机理和调控参数对CD信号的影响。矩形块本身为非手性结构,所以本结构通过引入方形孔破坏非手性结构的对称性来实现CD效应。结果表明非手性结构被破坏对称性后形成的手性结构可以产生较强的CD信号。同时,改变一定范围内结构参数的变化,如通过调整方形孔的尺寸或位置,可以有效的实现CD信号的调控。显然,当方形孔的位置在远离矩形块几何中心的时候CD信号明显增强;在方形孔尺寸变大时CD信号也有一定程度的增强;而在改变方形孔的参数变为矩形孔的过程中,CD信号则逐渐变小,这是因为矩形孔导致结构整体又逐渐趋向于非手性结构。利用破坏非手性结构的对称性实现圆二色性,这一研究不仅实现了可调控的金属手性微纳结构,也为设计非手性结构实现圆二色性提供了指导。(3)设计了一种平面非对称U型结构,并探究了结构产生圆二色性的机理。本结构在L型结构的基础上增加了一根金棒构成,增强了L型结构的非对称性,随之实现了CD效应的增强。结构从左到右构成结构本身的三根金棒的长度和宽度完全不一致,且左到右三根金棒的宽度逐渐增加,使结构对照射在表面的LCP和RCP产生的灵敏度的差异增大,来增强CD信号。另外通过分析电流分布情况,短波长共振模式处受结构的约束形成了电偶极子,长波长共振模式处受结构的约束形成了磁偶极子。本章通过探究平面非对称U型结构的圆二色性以及参数变化规律,改变结构不同部分的参数来调控CD信号,这对今后设计手性结构增强和调节圆二色性具有一定的指导意义。