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Au、Ag、Cu和Al等金属颗粒在与外电磁波相互作用中,电子云相对原子实会发生移动,同时原子实和电子元之间的库仑力使电子云回到原来的位置,这样电子元在外电场的作用下做受迫振动。当颗粒粒径远远小于入射波长,且颗粒固有振荡频率和入射波长相近时,会发生表面等离子体共振吸收,在颗粒周围产生局域电磁场,且相比外电磁场有很大的增强。由于Al和Cu容易被氧化,而Ag的表面增强效应达到Au的2-3倍,因此Ag颗粒的光学增强性质成为人们研究的焦点。
Ag颗粒的复合薄膜研究也应运而生。Ag颗粒复合薄膜是指Ag颗粒镶嵌在一种介质中。在外电场作用下,在Ag颗粒间会产生局域增强的电磁波,这种局域增强的能量对处于附近的ZnO等发光半导体的荧光效应也有明显的增强。
但是由于其增强区域的局域性——即增强的电磁波被局域到Ag颗粒之间几nm的范围内,这样只有分布在复合薄膜表面附近的局域能量才有被利用的可能。在我们的实验中,根据Ag向表面扩散的特性,应用快速退火的工艺,使得Ag颗粒主要分布在薄膜的表面。
在制备复合薄膜时,Ag和介质薄膜不同的镀膜顺序,对Ag颗粒形貌和颗粒粒径分布都会产生不同的影响,进而对复合薄膜光学性质产生影响。同时Ag如果在介质SiO<,2>内部扩散,与SiO<,2>相互作用会形成一种特殊小平面结构,由于平面小颗粒之间特殊的合并方式,使Ag颗粒出现特殊的结构,表现出特殊的光学性质。
颗粒的固有震荡频率主要取决于电荷的浓度、电子有效质量、电荷的分布和电荷分布的尺寸。这些因素和Ag颗粒的大小、形状、浓度、粒径分布有很大的关系。在本篇论文中,我们通过控制各种实验条件,制备了不同形貌的Ag颗粒,并且分析了以上各个因素对其光学性质的影响。
另一方面,我们通过实验工艺控制,使SiO<,2>颗粒镶嵌在Ag薄膜中,同样表现出表面等离子体共振吸收特性,其效果与Ag颗粒镶嵌在SiO<,2>薄膜中的情形相当。因此得出结论,在外电场的作用下,就会在介电常数实部符号相反的两种介质上界面上产生感应电荷,其中任意介质的尺度远远小于入射波长,就可以产生表面等离子共振吸收。在文中,我们也分析了四极子共振吸收产生的条件,它不同于上述偶极震荡产生的增强效应,但也具备一定的应用前景。