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《自然》子刊刊登徐紅星教授研究組最新成果

來源:MG娱乐官网  發布時間:2015-05-28 11:39:25 點擊次數:

《自然》子刊刊登徐紅星教授研究組最新成果

----表面等離激元的非局域效應理論建模取得重要進展

2015年5月27日,《自然·通訊》發表了題為《自洽流體力學模型中的納米表面等離激元共振頻率漂移現象和溢出效應》“Resonance shifts and spill-out effects in self-consistent hydrodynamic nanoplasmonics”的論文。該工作的第一作者為徐紅星教授(物理科學與技術學院、高等研究院)研究組的意大利籍博士后朱塞佩·托斯卡諾(Giuseppe Toscano),武漢大學為第一署名單位。

表面等離激元描述局域在金屬表面的電荷密度的集體震蕩。在金屬納米體系,相對應的元激發稱為納米等離激元。由于具有巨大的電磁場增強效應和納米天線特性,納米等離激元在增強光譜、光催化、太陽能電池、微納光學器件等領域具有重要的基礎與應用價值。在對納米等離激元的研究中,主要是依賴經典電磁理論解釋等離激元的諸多現象。這一常規的方法能夠有效地處理大體系,但對諸如非局域效應、量子隧穿效應等亞納米尺度的量子現象卻無能為力。基于量子力學的第一性原理計算可以較準確地描述這些行為,但受限于現有計算能力,一般只能處理很小的體系(約幾千個原子)。當計算體系增大時,全量子方法的計算量急劇增加。利用流體力學模型,人們可以將非局域效應通過電流梯度項添加到經典電磁理論中去,從而可以處理大體系,但這種模型并不是精確的。基于這一現狀,朱塞佩(Giuseppe)博士等提出了一種自洽的流體力學模型,通過電荷密度分布與電磁場分布的自洽迭代計算表面等離激元的共振行為。利用這個模型,他們成功地解釋了不同尺寸下鈉、銀納米球和納米圓柱的等離激元共振頻率的移動現象,和以前的理論解釋相比該模型與實驗觀測的數據更為吻合。相比于非自洽模型需要在界面上假設某種電荷密度的分布函數,例如臺階模型,自洽模型計算的結果本身就包含了對電子在界面上的溢出效應(spill out effect)的描述,因此大大提高了模型的準確性與預測功能。該工作為納米/亞納米體系中等離激元的定量描述提供了重要的理論基礎。

徐紅星從自己的博士論文研究開始,在納米等離激元領域做出了一系列開創性的工作,是該領域的高引用的學者之一(最高單篇SCI他引1300余次,次高900余次)。加盟武大后,已在PNAS, Nano Letters等權威雜志上發表一系列文章,并建立起一個包括國際學者、博士后參與的研究團隊,目前的研究重心包括基于納米等離激元的全光邏輯、等離激元催化、表面增強光譜等。

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