金納米二聚體SERS基底的近場光學特性分析

胡新毛++陳振宜++陳娜++徐文杰++楊鵬祥++陳華

文章編號：2095-6835（2016）17-0015-03

摘 要：分析了金納米球二聚體結構作為SERS增強基底的電磁增強特性，利用有限元軟件Comsol Multiphysics中的射頻（RF）模塊計算了入射光偏振態對金納米二聚體基底SERS增強特性的影響，闡述了金納米顆粒間距與SERS增強因子的對應關系。此外，還計算了金納米顆粒包裹1 nm氧化鋁納米層時的SERS增強特性，對比了包裹氧化鋁納米層前、后的增強效果，分析了氧化鋁納米層厚度對基底SERS增強因子的影響。

關鍵詞：金納米顆粒；氧化鋁納米層；電磁場；表面增強拉曼散射

中圖分類號：TN820 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.015

3 結束語

本文根據Comsol Multiphysics軟件中的射頻（RF）模塊的特點，建立了金納米球二聚體理論仿真模型，數值計算了金納米顆粒作為SERS增強基底時其二聚體結構的電磁增強特性。計算結果表明，當兩個金納米球靠得很近時，金納米球附近的場強出現了極大的增強。同時，進一步分析了入射光的偏振態對金納米球二聚體電磁增強特性的影響，表明SERS對入射光的偏振態具有敏感性。此外，還研究了金納米球的間距對二聚體增強因子的影響，研究發現了二聚體的增強因子的對數值隨著金納米球的間距增大而呈指數規律衰減；研究了殼層結構增強基底的特性，計算了金納米球包裹1 nm氧化鋁納米層后基底的增強特性及金納米球間距固定情況下殼層結構的厚度對二聚體電磁增強特性的影響，包裹介質層后，具有更強的增強因子，且熱點的增強因子隨介質層厚度的增加而增大。本文的研究結果將為進一步的實驗研究指明方向，具有重要的理論指導意義。

參考文獻

[1]Kneipp K，Wang Y，Kneipp H，et al.Single molecule detection using surface-enhanced Raman scattering（SERS）.Physical review letters，1997，78（09）.

[2]X. M. Lin，Y. Cui，Y. H. Xu，B. Ren.“Surface-enhanced Raman spectroscopy：substrate-related issues” Anal.Bioanal.Chem，2009（07）.

[3]Cui X，Erni D，Zhang W，et al. Highly efficient nano-tips with metal–dielectric coatings for tip-enhanced spectroscopy applications.Chemical Physics Letters，2008，453（04）.

[4]Sun M，Wang Y X，Chen Z N，et al. Nanostars on a fiber facet with near field enhancement for surface-enhanced Raman scattering detection.Applied Physics A，2014，115（01）.

[5]Du C L，Du C J，You Y M，et al.Numerically investigating the enhanced Raman scattering performance of individual Ag nanowire tips.Applied Optics，2011，50（25）.

[6]Zimmerman，W.B.COMSOL Multiphysics有限元法多物理場建模與分析[M].北京：人民交通出版社，2007.

[7]Berenger J P.A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves.Journal of computational physics，1994，114（02）.

[8]Berenger J P.Three-dimensional perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves. Journal of computational physics，1996，127（02）.

[9]Kerker M，Wang D S，Chew H.Surface enhanced Raman scattering（SERS）by molecules adsorbed at spherical particles：errata.Applied Optics，1980，19（24）.

[10]Wang D S，Kerker M.Enhanced Raman scattering by molecules adsorbed at the surface of colloidal spheroids. Physical Review B，1981，24（4）.

[11]Le Ru E C，Etchegoin P G.Quantifying SERS enhancements.MRS bulletin，2013，38（08）.

[12]Wei H，Hao F，Huang Y，et al.Polarization dependence of surface-enhanced Raman scattering in gold nanoparticle-nanowire systems.Nano letters，2008，8（08）.

〔編輯：張思楠〕