나노물질
산업 제조
FDTD 시뮬레이션에서는 기판 위의 반구형/구형 나노입자/나노입자 이합체와 기판에 반 매립된 구형 나노입자/나노입자 이합체의 세 종류의 일반적인 구조를 사용하여 국소 표면 플라즈몬(LSP)에 대한 기판의 영향을 이론적으로 논의합니다. ) 금속 나노입자/나노입자 이합체가 기판 근처에 위치할 때 커플링. 시뮬레이션된 결과는 LSP 결합 파장과 다른 구조에 대한 기판의 굴절률 사이의 종속성이 동일하지 않다는 것을 보여줍니다. 이는 LSP의 다른 편광 필드 분포에 기인할 수 있습니다. 서로 다른 방향에서 빛이 입사되면 LSP 결합 강도도 같지 않고 산란 피크 강도의 비율은 금속 나노 입자 또는 나노 입자 이량체의 위치에 따라 달라집니다. 이러한 현상은 공기와 기판 사이의 계면에 의해 변조되는 국부적인 구동 전계 강도의 차이로 설명할 수 있습니다.
<섹션 데이터-제목="배경">LSP(Localized Surface Plasmon)는 NP의 크기가 입사광의 파장과 비슷하거나 작을 때 귀금속 나노입자(NP)의 전자와 입사광 사이의 강한 결합 현상입니다. LSP 공진 파장은 NP의 크기, 모양 및 재료와 주변 유전 환경에 따라 달라집니다[1,2,3,4]. 금속과 유전 매체 사이의 경계면 근처에서 기하급수적으로 강화된 전기장과 플라즈몬 공진 파장에서 강화된 흡수를 포함하여 많은 매력적인 기능으로 인해 LSP는 발광 다이오드(LED)를 비롯한 많은 광전자 장치에 통합되었습니다. ) [7,8,9], 광검출기 [10, 11], 태양 전지 [12, 13] 및 표면 강화 라만 산란(SERS) [14,15,16,17], 팁- 향상된 라만 산란(TERS) [18, 19] 및 화학 센서 [20, 21].
대부분의 LSP 기반 응용 프로그램에서 금속 NP를 지원하는 기판은 불가피합니다. 이전 연구에서 기질의 영향에 대한 연구는 일반적으로 기질의 굴절률 또는 입자와 기질 사이의 분리에 중점을 두었습니다[22, 23]. 특히 입방체 기하학을 가진 금속 나노입자의 경우 기질은 쌍극자와 사중극자 정육면체 모드 사이의 혼성화를 유도할 것입니다[24, 25]. 효과적인 굴절률 이론을 사용하여 기질의 영향을 무시합니다. 그러나 이전 작업에서 우리는 반구형 금속 NP가 기판에 위치할 때 빛이 다른 방향에서 입사할 때 서로 다른 LSP 결합 강도에 대해 논의했으며, 이는 인터페이스의 프레넬 반사에서 비롯된 다른 국부 전기장 강도에 기인할 수 있습니다. [26]. 이 작업에서는 LSP의 결합 파장과 강도를 논의하기 위해 FDTD 시뮬레이션에 기판에 위치한 Au NP가 있는 3개의 구조를 사용했습니다. 첫 번째 구조는 기판 위의 반구형 금속 NP로, 열처리 또는 나노임프린트와 같은 물리적 방법으로 얻을 수 있습니다[27,28,29]. 두 번째 구조는 기판 상의 구형 금속 NP로, 일반적으로 화학적 합성 및 후속적인 전사 공정에 의해 얻어진다[30, 31]. 이 두 구조는 일반적으로 고체 기판에 사용됩니다. 세 번째 구조는 액체-액체 계면에서 관찰된 구형 금속 NP가 기판에 반쯤 묻혀 있는 것입니다[32]. 우리의 결과는 다른 구조에 대해 NP를 둘러싼 매질의 유효 굴절률이 다르게 동작함을 보여줍니다. 제1 및 제3 구조의 결합 파장은 기판의 굴절률이 증가함에 따라 크게 적색편이하는 반면, 제2 구조의 결합 파장은 거의 일정하게 유지된다. 이것은 분극 전기장의 기판으로의 다양한 침투 정도에 기인할 수 있습니다. 또한 이 세 가지 구조의 LSP 결합 강도는 일반적으로 공기 또는 기판에서 입사광의 방향을 조정하여 연구되었습니다. 시뮬레이션된 결과는 첫 번째 및 두 번째 구조에 대해 빛이 다른 방향에서 입사할 때 산란 피크 강도의 비율이 입사 매질과 출사 매질의 굴절률 비율과 같다는 것을 보여줍니다. 그러나 세 번째 구조의 경우 이 두 비율이 서로 같지 않습니다. 이러한 거동은 수정된 프레넬 방정식을 사용하여 LSP의 로컬 구동 전계 강도를 고려하여 정량적으로 설명할 수 있습니다.
그러나 실제로는 나노 입자의 배열 구조가 일반적으로 조사를 위해 달성됩니다. 따라서 주기적 NP 구조의 근거리장 특성이 FDTD 시뮬레이션의 경계 조건 문제에 영향을 받기 때문에 NP 이량체[33,34,35]도 논의에 사용되었습니다. FDTD 시뮬레이션 결과는 금속 NP 이량체의 결합 파장 및 강도 경향이 첫 번째 및 세 번째 구조에 대한 단일 금속 NP의 경향과 대부분 유사함을 보여줍니다. 그러나 두 번째 구조의 금속 NP 이량체의 경우 기판의 굴절률 영향이 단일 금속 NP의 경우보다 약간 더 강합니다.
그림 1a–c는 FDTD 시뮬레이션을 위한 구조의 개략도를 보여줍니다. 그림 1a에 표시된 구조는 구조 A로 명명된 유전체 기판의 반구형 Au NP를 나타냅니다. 그림 1b에 표시된 구조는 구조 B로 명명된 유전체 기판 상의 구형 Au NP를 나타냅니다. 비교를 위해, 더 높은 대칭성을 갖는 그림 1c에 표시된 구조 C는 시뮬레이션에도 사용됩니다. 시뮬레이션을 위해 모든 구조에 대한 Au NP의 직경은 60nm로 설정됩니다. 기판 위의 매질의 굴절률은 n으로 설정됩니다. 1 =1 대부분의 경우. 기판의 굴절률은 n에서 다양합니다. 2 =1 ~ n 2 =2.5. 그림 1d–f는 각각 구조 A에서 C의 정규화된 산란 스펙트럼을 보여줍니다. 구조 A와 C의 경우 기판의 굴절률이 급격히 증가함에 따라 산란 피크가 적색으로 이동한다는 것을 분명히 알 수 있습니다. 그러나 구조 B의 경우 기판의 굴절률 증가가 산란 피크에 미치는 영향은 무시할 수 있습니다.
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아 –ㄷ FDTD 시뮬레이션에 각각 사용되는 구조 A~C의 개략도. d –f 기판 굴절률이 각각 다른 구조 A에서 C까지의 정규화된 산란 스펙트럼
그림 2a는 그림 1에서 추출한 기판의 굴절률에 대한 LSP 산란 최대값의 파장을 보여줍니다. 그림 2a에서 얻을 수 있는 첫 번째 정보는 기판의 굴절률이 증가할 때 산란 피크 파장이 증가한다는 것입니다. 선형 가정보다 빠릅니다. 이것은 대략적으로 Mie 이론으로 설명할 수 있습니다. Mie 이론에서 준정적 근사법(Quasi-Static Approximation)에 따라 유전상수가 ε인 등방성 및 비흡수성 매질로 둘러싸인 금속 NP의 산란 단면적 m 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
$$ {C}_S=\frac{8\pi }{3}{k}^4{a}^6{\left|\frac{\varepsilon -{\varepsilon}_m}{\varepsilon +2{\ 바렙실론}_m}\right|}^2 $$ (1)여기서 k 전파하는 파동의 파동 벡터, a 는 구형 금속 NP의 반경이고, ε 금속의 유전 상수를 나타냅니다. 그림 2a의 삽입은 산란 피크 파장과 Eq를 사용하여 계산된 금속 NP를 둘러싼 매질의 굴절률 사이의 관계를 보여줍니다. (1). 시뮬레이션된 결과와 매우 유사한 산란 피크 파장과 굴절률 사이의 초선형 관계를 명확하게 볼 수 있습니다. 따라서 우리는 추가 논의를 위해 효과적인 굴절률 이론을 사용할 수 있습니다. 유효 굴절률 이론에서 Au NP의 산란 피크 파장이 굴절률이 n인 무한 유전 매질로 둘러싸인 경우 효과 다른 구조에 대한 Au NP와 동일, n 효과 해당 구조의 유효 굴절률로 간주할 수 있습니다. 표 1은 n을 보여줍니다. 효과 이 방법을 사용하여 얻었습니다.
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아 다양한 기판 굴절률을 가진 다양한 구조의 산란 피크 파장. 인서트는 Mie 이론을 기반으로 LSP 결합 파장과 주변 매질의 굴절률 사이의 관계를 보여줍니다. ㄴ –d n을 갖는 구조 A에서 C까지의 분극 전기장 분포 2 =각각 해당 LSP 결합 파장에서 1.5
선형 피팅 방정식 사용 [36]:
$$ {n}_{eff}=\mu {n}_1+\left(1-\mu \right){n}_2, $$ (2)여기서 μ LSP 결합 파장에 대한 기판 굴절률의 영향을 추정하기 위한 가중 계수로 간주될 수 있습니다. 인터페이스 위와 아래에 있는 매체의 영향을 추정할 수 있습니다. 표 1에 표시된 매개변수를 사용하여 가중치 계수 μ 구조 A에서 C까지의 구조는 각각 0.38 ± 0.02, 0.93 ± 0.01, 0.25 ± 0.05이다. 이러한 결과는 구조 B의 경우 산란 피크 파장이 경계면 위의 매질의 굴절률에만 거의 의존한다는 것을 나타냅니다. 구조 C의 경우 기판의 굴절률은 산란 피크 파장에 중요한 역할을 합니다. 그러나 구조 A의 경우 산란 피크 파장은 경계면 위와 아래의 매질의 굴절률에 의해 영향을 받습니다.
이러한 현상은 전기장 분포 분석으로 설명할 수 있습니다. 그림 2b–d는 n이 있는 구조 A에서 C까지의 전계 진폭 분포를 보여줍니다. 2 =1.5 해당 산란 피크 파장에서 각각. 주로 계면 근처에 집중된 전기장은 계면 위의 매질과 계면 아래의 매질 모두 구조 A에서 C에 대한 LSP의 공진 파장에 각각 영향을 미칩니다. 이러한 결과는 산란 피크 파장에 대한 주변 매질의 영향이 국부적인 전기장으로 인한 유전 매질의 분극에 기인할 수 있기 때문에 전기장 분포가 계산된 가중치 계수와 잘 일치함을 확인합니다.
식에서 (2) n일 때 얻습니다. 2 고정 및 n 1 조정 가능, 변화율, 즉 n의 기울기 효과 , 가중 계수 μ . 따라서 기판이 불가피한 경우 위의 결과를 사용하여 LSP 기반 화학 센서를 최적화할 수 있습니다. LSP 기반 화학 센서는 LSP 공명 피크 파장 이동 Δλ을 통해 주변 환경의 굴절률 변화를 감지합니다. [37]. 센서의 감도는 시프트 매개변수 S를 포함한 두 가지 매개변수와 밀접하게 관련되어 있습니다. =d (Δλ )/d (Δn ) 및 성과 지수 FOM =S /FWHM , 여기서 Δn 굴절률 및 FWHM의 변화를 나타냅니다. 초기 상태의 최대 절반의 전파입니다[37, 38]. LSP 기반 센서에 대한 대부분의 이전 연구는 NP의 재료, 크기 및 모양에 중점을 둡니다[39,40,41]. 그러나 기판의 영향과 금속 NP와의 상호 작용에 대해 논의한 보고서는 거의 없습니다. 그림 3은 n일 때 구조 A~C의 산란 스펙트럼을 보여줍니다. 1 1.0에서 1.5로 선형 증가하고 n 2 1.5 또는 2.5로 고정됩니다. 모든 그림에 표시된 삽입물은 산란 피크 파장 대 n을 나타냅니다. 1 . 그림 3a–f는 S 구조 A 및 B의 매개변수가 구조 C의 매개변수보다 높습니다. 표 2는 S의 계산된 매개변수를 나열합니다. , FWHM , 및 FOM 그림 3에서. n의 경우 2 =1.5, S 및 FOM 구조 A와 B의 매개변수는 구조 C의 매개변수보다 훨씬 낫습니다. 그러나 n의 경우 2 =2.5, S 구조 A와 B에 대한 매개변수는 n일 때보다 높습니다. 2 =1.5, FOM FWHM의 증가로 인해 악화됨 .
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아 , ㄷ , e n일 때 구조 A에서 C까지의 산란 스펙트럼 1 1.0에서 1.5로 선형 증가합니다. 고정 n 2 =1.5, 각각. ㄴ , d , f n일 때 구조 A에서 C까지의 산란 스펙트럼 1 고정 n으로 1.0에서 1.5로 선형 증가 2 =2.5, 각각. 삽입물은 산란 피크 파장과 n 사이의 관계를 보여줍니다. 1 다양한 구조 또는 기판 굴절률용
위의 논의는 모두 LSP 결합 파장에 관한 것입니다. LSP 결합 강도는 LED, 광검출기, 태양 전지와 같은 많은 LSP 기반 장치와 SERS, TERS 및 화학 센서와 같은 새로운 기술에 대한 또 다른 중요한 매개변수입니다. 우리의 이전 조사는 구조 A의 경우 빛과 LSP 사이의 결합 강도가 빛의 입사 방향에 영향을 받는 것으로 나타났습니다. 이것은 빛이 공기와 기판에서 정상적으로 입사할 때 서로 다른 국부적인 구동 전계 강도에 기인할 수 있습니다[26]. 빛이 기판(후면 입사로 표시)과 공기(전면 입사로 표시)에서 입사할 때 소광 피크 강도의 비율 C 나 /C F n과 같습니다. 2 /n 1 . 그림 4는 빛이 다른 방향에서 입사할 때 해당 유효 굴절률로 둘러싸인 Au NP의 산란 스펙트럼과 관련된 FDTD 시뮬레이션된 산란 스펙트럼을 보여줍니다. 그림 4a–c, d–f는 각각 구조 A와 C의 산란 스펙트럼을 나타냅니다. 기판의 굴절률 n 2 그림 4a, d, b, e, c, f의 경우 각각 1.5, 2.0, 2.5입니다. n 1 모든 스펙트럼에 대해 1.0으로 고정됩니다. 소광 스펙트럼과 유사하게, 빛이 앞뒤에서 입사할 때 산란 피크 강도 C SB /C SF n과 같습니다. 2 /n 1 구조 A와 C 모두에 대해.
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다양한 n에 대한 산란 스펙트럼 2 =1.5, 2.0 및 2.5 구조 A(a –ㄷ ) 및 구조 C(d –f ) 각각. 빛은 일반적으로 공기(검은 선으로 표시)와 기질(빨간 선으로 표시)에서 입사합니다. 파란색 선은 Au NP가 유효 굴절률을 가진 무한 유전 매질로 둘러싸여 있는 산란 스펙트럼을 보여줍니다.
해당 유효 굴절률로 둘러싸인 Au NP의 산란 스펙트럼을 고려할 때 구조 A와 C의 산란 피크 강도 사이에는 차이가 있습니다. 그림 5a, b는 C의 비율을 보여줍니다. SF /C 세프 및 C SB /C 세프 대 구조 A 및 C 각각의 기판의 굴절률, 여기서 C 세프 Au NP가 유효 굴절률을 가진 무한 유전 매질로 둘러싸여 있는 산란 피크 강도입니다(그림 4). 모든 기질에 대해 비율 C SF /C 세프 및 C SB /C 세프 구조 A의 크기가 구조 C의 것보다 작습니다. 이것은 또한 구조 A와 구조 C의 국부 구동 전기장의 차이로 설명할 수 있습니다.
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아 , b 결합 강도의 비율 C S /C 세프 다양한 n 2 구조 A 및 구조 C의 각각. 검은색 직사각형 및 빨간색 원형 점은 각각 전면 및 후면 사고 사례를 나타냅니다. ㄷ , d 고정된 n 구조 A 및 C의 산란 및 흡수 스펙트럼 2 =2.0 기판에서 빛이 입사될 때
수정된 프레넬 방정식[26, 42]에 기초하여, 빛이 앞면과 뒷면에서 입사할 때 국부적인 구동 전계의 세기는 2n으로 쓸 수 있습니다. 1 이 나 /(n 1 + n 2 + A ) 및 2n 2 이 나 /(n 1 + n 2 + A ), 여기서 E 나 는 입사파의 전계 강도이고 A =− 나 (ω /ㄷ )ρα polarizability α에 비례하는 LSP에서 발생하는 추가 매개변수로 간주될 수 있습니다. Au NPs 중 LSP 공진 주파수에서 양의 실수입니다. 따라서 C SB /C SF n과 같습니다. 2 /n 1 이는 그림 4에도 나와 있습니다. 한편, 해당 유효굴절률로 둘러싸인 Au 나노입자가 E와 같을 때 국부적인 구동 전계 강도 나 . 따라서 A의 값은 매개변수는 다음 방정식을 사용하여 얻을 수 있습니다.
$$ \frac{2{n}_1}{n_1+{n}_2+A}=\frac{C_{SF}}{C_{Seff}},\mathrm{and}\ \frac{2{n}_2 }{n_1+{n}_2+A}=\frac{C_{SB}}{C_{Seff}}. $$ (3)계산된 A 매개변수는 그림 5a, b의 해당 지점 근처에 나열됩니다. A의 값은 매우 가깝지만 다른 빛 입사 방향에 대해 정확히 동일하지는 않습니다. 이는 C SB /C SF 그리고 n 2 /n 1 뿐만 아니라 시뮬레이션 소프트웨어의 정확도. 기판 굴절률이 다른 동일한 구조의 경우 A 값은 기판 굴절률이 증가함에 따라 증가하는데, 이는 LSP 공명 파장이 증가함에 따라 Au NP의 편광성이 증가하기 때문일 수 있습니다[43,44,45]. 한편, A 구조 A의 값은 동일한 기판 굴절률을 갖는 다른 구조에 대한 구조 C의 값보다 훨씬 큽니다. 이는 구조 A에 대한 Au NP의 분극성이 구조 C보다 훨씬 크다는 것을 의미하며, 이는 그림 2b, d에서 확인할 수 있습니다. 구조 A의 Au NP의 분극성은 구조 C의 분극성보다 크지만 구조 A의 산란 피크 강도는 구조 C의 산란 피크 강도보다 작다는 것이 흥미롭다(그림 4). 이것은 구조 A의 더 높은 흡수에 기인할 수 있습니다. 그림 5c, d는 구조 A와 C의 산란 및 흡수 스펙트럼을 각각 보여줍니다. 기판의 굴절률은 두 구조 모두에 대해 2.0이고 빛은 후면에서 입사합니다. 구조 A의 흡수가 구조 C의 흡수보다 훨씬 높다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 구조 A의 경우 LSP를 여기시키는 대부분의 에너지가 흡수를 통해 소비되고 산란되지 않습니다.
그러나 구조 B의 경우 비율 C SB /C SF n과(와) 같지 않음 2 /n 1 . 그림 6a–c는 각각 1.5, 2.0 및 2.5의 서로 다른 기판 굴절률을 갖는 구조 B의 산란 스펙트럼을 나타냅니다. C SB /C SF 구조 B가 n보다 작습니다. 2 /n 1 모든 기판 굴절률에 대해. 도 6d에 개략적으로 도시된 바와 같이 정면에서 빛이 입사될 때 국부적인 구동 전계는 E의 중첩으로 쓸 수 있다. 나 및 E rF , 여기서 E rF 반사파의 전기장 강도입니다. 전면에서 빛이 입사할 때 국부적인 구동 전계 강도는 \( {E}_{dF}={E}_i+{E}_{rF}=\left[1+\frac{n_1- {n}_2}{n{}_1+{n}_2}\cos \left(\frac{4\pi Pa}{\lambda_{LSP}}\right)\right]{E}_i \), 여기서 피 는 빛이 Au NPs를 통해 전파될 때 진동하는 전자의 평균 거리 및 추가 광 경로와 관련된 계수이며 λ LSP 는 LSP의 공명 파장입니다. 후면에서 빛이 입사될 때 국부적인 구동 전계 강도를 고려하면 E로 쓸 수 있다. dB =E TB =2n 2 이 나 /(n 1 + n 2 ), 빛이 후면과 전면에서 입사할 때 로컬 구동 전계 강도의 비율은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
$$ \frac{E_{dB}}{E_{dF}}=\frac{2{n}_2}{\left(n{}_1+{n}_2\right)+\left({n}_1- {n}_2\right)\cos\left(4\pi Pa/{\lambda}_{LSP}\right)} $$ (4)
아 –ㄷ 다양한 n에 대한 산란 스펙트럼 2 =구조 B의 각각 1.5, 2.0 및 2.5. 검정색과 빨간색 선은 각각 전면 및 후면 사건을 나타냅니다. d 다양한 입사 방향에 대한 구조 B의 국부 구동 전기장의 개략도
표 3은 C를 나열했습니다. SB /C SF 산란 스펙트럼 및 E에 의해 얻은 구조 B의 dB /이 dF 식을 사용하여 계산 (4) 다른 P 계수. P 계수는 1.5, E와 같습니다. dB /이 dF C의 비율과 잘 일치합니다. SB /C SF 모든 기판에 대해. P가 필요한 이유 1.5와 같음은 여전히 불분명합니다.
표 4와 5는 C를 나열했습니다. SB /C SF 산란 스펙트럼 및 E dB /이 dF 식을 사용하여 계산 (4) P의 보편성을 조사하기 위해 다른 기하학적 구조와 재료를 가진 NP에 대해 계수. 크기가 다른 Au NP의 경우 P 계수는 1.5, C의 비율과 같습니다. SB /C SF 및 E dB /이 dF NP가 타원타원형 또는 프롤레이트타원형일 때마다 서로 잘 일치합니다. 표 5는 P 크기가 다른 Ag NP의 계수도 1.5와 같습니다. 따라서 P 계수는 비교적 보편적이며 P에 대한 내부 메커니즘이 있어야 함을 나타냅니다. 계수 및 추가 심층 조사 가치가 있습니다.
위의 논의는 단일 NP를 기반으로 합니다. 그러나 실제로는 나노 입자의 배열 구조가 일반적으로 조사를 위해 달성됩니다. 따라서 주기적 NP 구조의 근거리장 특성이 FDTD 시뮬레이션의 경계 조건 문제에 영향을 받기 때문에 NP 이량체를 논의에 사용해야 합니다. 이량체 시뮬레이션에 사용되는 NP의 기하학적 구조 매개변수는 위에서 논의한 단일 NP와 유사하며 이 두 NP 사이에 2nm 간격이 설정됩니다. 시뮬레이션된 결과(여기에는 표시되지 않음)는 수직 입사광의 편광 방향이 NP 이량체에 수직일 때 모든 특성이 단일 NP에 대해 표시된 것과 동일함을 보여줍니다. 따라서 아래에서 논의되는 모든 근거리장 속성은 편광 방향이 NP 이합체와 평행한 입사광을 기반으로 합니다.
그림 7a, b는 유전체 기판의 반구형 Au 이량체(구조 A')와 기판에 반쯤 묻힌 구형 Au 이량체(구조 C')의 개략도를 각각 보여줍니다. 그림 7c, d는 기판 굴절률과 광 입사 방향이 다른 이량체의 산란 스펙트럼을 보여줍니다. 구조 A' 및 C'의 경우 모든 스펙트럼에서 1차 및 2차 산란 피크가 모두 관찰됨을 알 수 있습니다. 특히, 구조 C'의 경우 기판의 굴절률이 2 및 2.5일 때 3차 피크가 관찰될 수 있다. 또한 모든 산란 피크가 기판 굴절률의 증가에 따라 크게 적색편이되는 것을 볼 수 있습니다. 이것은 각각 그림 8a, b와 같이 구조 A' 및 C'에 대한 1차 피크의 해당 파장에서 전계 진폭 분포로 설명할 수 있으며 기판의 굴절률은 1.5입니다. 그림 2와 같이 전기장은 대부분 계면 근처에 집중되어 있다. 따라서 빛이 다른 방향에서 입사할 때 C SB /C SF n까지 2 /n 1 예상할 수 있으며 그림 7c, d에 나와 있습니다. 한편, Fig. 4와 같은 산란 스펙트럼과 비교하여, 이량체의 산란 피크 강도는 단일 NP의 산란 피크 강도보다 훨씬 높다. 이것은 핫스팟에 의한 큰 전기장 향상에 기인합니다. 나노 갭에서 [33].
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아 , b FDTD 시뮬레이션에 각각 사용된 구조 A' 및 C'의 개략도. ㄷ , d 다양한 n에 대한 산란 스펙트럼 2 =1.5, 2.0 및 2.5 구조 A' 및 구조 C' 각각. 빛은 공기(검은 선으로 표시)와 기질(빨간 선으로 표시)에서 정상적으로 입사합니다.
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아 , b n이 있는 구조 A' 및 C'의 분극 전기장 분포 2 =각각 1차 피크의 해당 파장에서 1.5
그러나 그림 9에서 볼 수 있듯이 유전체 기판(구조 B')에 위치한 구형 Au 이량체의 경우 기판의 굴절률에 의한 영향이 구조 B보다 약간 더 강합니다. 기판의 굴절률이 1.5에서 2.5로 증가할 때 614 nm로, 이 중 단일 NP(532에서 538 nm)보다 큽니다. 이것은 구조 B'에 대한 1차 피크의 해당 피크 파장에서 전계 진폭 분포에 기인할 수 있습니다(그림 9d, 기판의 굴절률은 1.5). 기판의 전계 강도는 그림 2c에 표시된 것보다 강합니다. 또한 C의 비율은 그림 9와 같이 SB /C SF 구조 B'의 NP 이량체의 경우 n과 같지 않음 2 /n 1 , 단일 NP의 경우와 유사합니다. 그러나 P 매개변수는 다음과 같은 경우 더 이상 상수가 아닙니다. (4)는 여전히 적용됩니다. 피 매개변수는 기판의 굴절률이 1.5, 2.0 및 2.5일 때 각각 1.67, 1.82 및 2.05로 계산할 수 있습니다. P의 차이점 구조 B 및 B'에 대한 매개변수는 추가 조사가 필요합니다.
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아 FDTD 시뮬레이션에 사용된 구조 B'의 개략도. ㄴ 다양한 n에 대한 산란 스펙트럼 2 =1.5, 2.0 및 2.5 구조 B'. 빛은 일반적으로 공기(검은 선으로 표시)와 기질(빨간 선으로 표시)에서 입사합니다. ㄷ n을 갖는 구조 B'의 분극 전기장 분포 2 =532nm에서 1.5
요약하면, LSP의 결합 파장 및 강도에 대한 기판의 영향은 FDTD 시뮬레이션 및 이론적 분석을 통해 연구되었습니다. 기판에 위치한 반구형 Au NP와 기판에 반쯤 묻힌 구형 Au NP를 갖는 구조의 경우 LSP 결합 파장은 기판의 굴절률에 따라 크게 변합니다. 그러나 기판에 대한 LSP 결합 파장의 의존성은 구형 Au NP가 기판에 위치하는 구조에 대해 미미합니다. 의존성 차이는 다른 구조에 대한 LSP의 편광 필드 분포로 설명되었습니다. 구형 Au NP가 기판에 반 매립된 구조의 경우 LSP의 편광 필드는 기판 위의 매질에 집중됩니다. 그러나 다른 두 구조의 경우 편광 필드가 기판으로 크게 침투합니다. 또한, 이 세 구조의 LSP 결합 강도는 일반적으로 공기 또는 기판에서 빛의 입사 방향을 변경하여 연구되었습니다. 시뮬레이션된 결과는 기판에 위치한 반구형 NP와 기판에 반쯤 묻힌 구형 NP를 갖는 구조의 경우 서로 다른 광 입사 방향에 대한 산란 피크 강도의 비율이 입사 매질의 굴절률 비율과 동일하다는 것을 보여줍니다. 나가는 매체. 그러나 구형 NP가 기판에 위치하는 구조의 경우 이 두 비율은 서로 같지 않습니다. 이러한 현상은 수정된 프레넬 방정식을 사용하여 LSP의 로컬 구동 전계 강도를 고려하여 정량적으로 설명되었습니다. NP 이량체의 근거리장 속성도 계산됩니다. 여러 차수의 피크가 산란 스펙트럼에 표시되지만 산란 피크 파장은 기판에 위치한 반구형 Au 이량체와 기판에 반쯤 묻힌 구형 Au 이량체에 대한 기판 굴절률이 있는 구조에서 크게 적색 편이됩니다. 서로 다른 광 입사 방향에 대한 산란 피크 강도의 비율은 입사 매질과 출사 매질의 굴절률 비율과 동일합니다. 그러나 기판에 위치한 Au 이량체의 경우 기판의 굴절률에 의해 유도된 영향은 기판에 위치한 단일 구형 Au NP보다 약간 더 강합니다.
The models of hemi-/spherical metal NP located on substrate (denoted as structures A and B) and spherical metal NP half-buried into substrate (denoted as structure C) are created and studied by Lumerical FDTD (version 8.15.736), a commercial finite-difference time-domain solver. The substrate is semi-infinite in the z axis and infinite in the x /y 중심선. The size of NP is set as 60 nm in diameter. The refractive index parameter of metal, gold, and silver specifically are support by CRC [46]. Total-field scattered-field source (TFSF), a special designing light source for studying particle scattering, is adopted in our research. The light normally incident from + z direction (designed as front incident) and − z direction (designed as back incident). Perfectly matched layers (PMLs) were used to absorb the scattered radiation in all directions (in order to eliminate reflection back to the model). The PML parameters such as Kappa, Sigma, layers, and polynomial order are assumed by 2, 1, 32, and 3 respectively. In addition, FDTD method consists in introducing a space and time mesh that must satisfy the stability criterion [47]. In order to converge, the simulation time and time steps (dt) are set to 2000 fs and 0.07 fs respectively. The space mesh is set to 0.3 nm in every direction (dx = dy = dz ).
유한 차분 시간 영역
Localized surface plasmon
나노입자
Surface-enhanced Raman scattering
Tip-enhanced Raman scattering
전체 필드 분산 필드
나노물질
판금 굽힘은 판금 제조에 사용되는 가장 기본적인 제조 공정 중 하나입니다. 때로는 굽힘, 접힘, 제동 또는 가장자리라고도 합니다. 판금을 구부린다는 것은 원하는 특정 형상으로 가공하기 위해 공작물을 변형시키는 것을 의미합니다. 맞춤형 제품에 대한 수요가 증가함에 따라 판금의 적용 범위가 확대되었습니다. 판금 굽힘은 제품이 원래 모양을 갖기 전에 여러 공정을 거쳐야 하고 여러 기술을 사용합니다. 이 기사에는 필요한 모든 굽힘 방법과 과정이 자세히 설명되어 있습니다. 프로세스에 대해 더 자세히 알아보기 전에 판금 굽힘의 기본 정의를
금속 사출 성형은 금속 가공 공정입니다. 미세 분말 금속이 바인더 재료와 혼합되어 공급 원료를 생성한 다음 사출 성형으로 성형됩니다. 복잡한 부품은 전체 프로세스에서 한 단계로 형성되기만 하면 됩니다. 성형 후 부품은 컨디셔닝 작업을 거칩니다. 바인더를 제거하고 분말을 조밀화합니다. 금속 사출 성형 시장은 1986년 900만 달러에서 2004년 3억 8,200만 달러로 성장했습니다. 그리고 2015년에는 총액이 15억 달러 이상에 달했습니다. 최근 몇 년간 대부분의 성장은 아시아에서 이루어졌습니다. 이 게시물에서는 현재 애