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基于多流体动力学框架的非局域等离子体纳米结构广义局域类比模型
摘要： 对光波的控制与操控是一项由来已久的追求，对科学技术的发展具有深远影响。纳米制造技术的最新进展使得工程化等离激元纳米器件取得快速突破——这类器件能将光或电磁波汇聚到亚波长区域，从而催生出诸多纳米光子学应用，例如灵敏度增强的生物传感器、等离激元激光器、等离激元颜色技术及量子等离激元等领域。当处理特征尺寸仅为几纳米的微型等离激元结构时，空间色散在纳米光子学中起着关键作用。这种非局域性通常需在水动力学框架下考量，并普遍涉及求解耦合偏微分方程组，因而分析过程较为复杂。我们开发了一种广义局域类比模型来反映等离激元结构的非局域效应，从而避免了多重流体水动力学框架（考虑多种载流子情况）下的复杂分析。研究表明，只需用原位人工局域色散薄膜替代非局域表面区域，即可表征空间非局域性。通过这种精巧且易用的替代方案，常规局域条件下的分析与模拟便具备了非局域特性，足以定量描述纳米尺度的各类等离激元结构，使数值处理过程大幅简化并具备显著实用优势。
关键词： 多流体、原位局域模型、非局域响应、流体动力学德鲁德模型
更新于2025-09-23 15:21:01
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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
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。
关键词： 离散源法、非局域效应、流体动力学德鲁德模型、非球形半导体纳米粒子、等离子体激元学、光散射
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过耦合量子发射体的三角形纳米孔周期性阵列实现等离激元增强的二次谐波产生
摘要： 采用实验可实现参数的三角形纳米孔周期阵列在线性和非线性区域的特性被研究。通过基于非线性流体动力学Drude模型的全矢量三维方法（该模型描述金属与麦克斯韦方程及分子发射体的布洛赫方程耦合），我们分析了线性透射、反射和非线性功率谱。严格数值计算展示了三角形孔阵列产生的二次和三次谐波现象。研究表明传导电子的库仑相互作用与对流项对金属非线性响应具有同等贡献。当系统在局域表面等离子体共振频率泵浦时，二次谐波过程的能量转换效率达到最高。当分子发射体置于孔阵列表面时，二次谐波信号呈现三个峰位，分别对应局域表面等离子体模式的二次谐波以及上下极化激元态。
关键词： 强耦合、二次谐波产生、流体动力学德鲁德模型、等离子体激元学、非线性光学
更新于2025-09-19 17:13:59
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具有非局域材料特性的纳米等离子体模态分析
摘要： 具有几纳米特征尺寸的等离激元器件会呈现出可用非局域流体动力学德鲁德模型描述的现象。我们展示了如何利用围道积分方法计算此类系统的本征频率和共振态。我们提出了一种推导相关物理观测量模态展开的方法。运用这些方法对金属纳米线进行了模态分析，计算了大频率范围内所有复本征频率及其对应共振态，并确定了与纳米线消光截面相关的共振态。
关键词： 消光截面、纳米等离子体学、流体动力学德鲁德模型、模态分析、非局域材料特性、金属纳米线
更新于2025-09-16 10:30:52