数值模拟单个金纳米棒的吸收和散射特性

邓海东，杨小红，郭子政

(华南农业大学理学院，510642，广州)

0 引言

在电磁场的作用下，金属纳米颗粒表面的自由电子会产生集体振荡而形成局域化的表面等离子激元(Localized Surface Plasmons，LSP)，LSP 的产生使得金属纳米颗粒表现出许多重要的光学性质，如光场的局域化增强效应[1]、二次谐波效应[2]、双光子[3]及多光子荧光效应[4]等。金属纳米颗粒LSP的激发不仅和激发光的偏振和波长有关而且与金属纳米颗粒的形状及大小有关，不同形状的金属纳米结构对应不同的局域化表面等离子共振模式(Localized Surface Plasmonic Resonance Mode，LSPRM)。金的纳米棒颗粒(Gold Nanorods)由于几何结构存在长短轴，因而金纳米棒具有2种LSPRM:横向LSPRM和纵向LSPRM。其中，金纳米棒的短轴表面等离子共振峰的位置保持在530 nm左右，而沿长轴的LSPR模式与金纳米棒的纵轴和横轴的比值(长径比)密切相关，研究者可以通过合成不同长径比的金纳米棒来调制金纳米棒的LSPR模式。金纳米棒的LSPR模式的可调特性使得金纳米棒在表面增强拉曼散射[5]、多维光存储[6]、生物医学成像[7]、生物传感[8]、癌症治疗[9]等方面得到了广泛的应用。

由于金纳米棒存在长轴表面等离子共振可调的特性，因此金纳米棒在与光的相互作用过程中表现出不同的散射、吸收和消光特性。而不同的散射、吸收从根本上决定了金纳米棒的线性和非线性光学性质。本文采用时域有限差分的方法研究了长径比保持不变，金纳米棒的体积增大时，金纳米棒的散射、吸收特性。

1 物理模型和数值模拟方法

FDTD算法是把麦克斯韦方程式在时间和空间领域上进行差分化，从而求解包含着散射体的有限空间内电磁波随时间的变化情况。……