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非局域效应对非球形等离子体半导体纳米颗粒光学性质的影响

DOI：10.1007/s10598-020-09476-w 期刊：Computational Mathematics and Modeling 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 贵金属因其高自由电子密度常被用作等离子体材料，但半导体材料也因可通过掺杂调节电子密度而日益受到关注。金属氮化物凭借低吸收损耗和高电子密度，有望成为贵金属的替代品。其中，氮化钛（TiN）和氮化锆（ZrN）因其光学特性主要由等离子体频率附近的传导电子主导，成为最合适的替代等离子体材料。目前发展的火焰喷雾热解工艺可制备此类纳米颗粒。本文基于离散源方法扩展模型，分析了量子非局域效应的流体动力学德鲁德模型对半导体纳米颗粒光学特性的影响，研究了球形颗粒形变条件下非局域效应（NLE）对光学性质的贡献。结果表明：考虑NLE会导致类似贵金属的等离子体共振蓝移与阻尼现象；较小颗粒受NLE影响更显著；同时探究了偏振对三维非球形半导体颗粒局域与非局域响应的影响。通过引入非局域效应的模拟显示，非球形ZrN颗粒的消光强度超过金颗粒。
作者： Yu. A. Eremin，L. M?dler，T. Wriedt
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研究概述 实验方案

研究目的

研究非局域效应对非球形等离子体半导体纳米颗粒光学性质的影响，重点关注TiN和ZrN作为贵金属替代等离子体材料的应用。

研究成果

研究表明，氮化锆（ZrN）比氮化钛（TiN）表现出更显著的等离子体共振效应，其中非局域效应导致其等离子体共振蓝移和阻尼现象与贵金属类似。较小尺寸的颗粒比大尺寸颗粒受非局域效应的影响更为显著。该研究还强调了偏振对非球形颗粒光学响应的重要影响——相同尺寸和形状的氮化锆颗粒比金颗粒展现出更明显的消光特性。

研究不足

该研究基于计算方法，依赖理论模型和模拟，可能无法完全反映实际应用中的所有物理现象。建议未来工作通过实验验证来确认理论发现。

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