设计和模拟具有双层六边形结构的三角形周期纳米粒子阵列的特性

本研究的目的是设计并模拟具有双层六边形结构的三角形周期纳米粒子阵列（Periodic Nanoparticle Arrays，简称PNAs）的特性。研究中采用了离散偶极近似（Discrete Dipole Approximation，简称DDA）方法来模拟纯银材料制成的混合双层六边形晶格PNAs的光子特性。PNAs作为纳米光子器件，虽然可以使用纯银材料制造，但其性能会因为氧化（生成Ag2O）和硫化（生成Ag2S）而迅速退化。 理论结果表明，银薄膜的氧化和硫化导致局部表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonances，简称LSPRs）的消光效率最大值波长（λmax）显著红移，并且LSPRs的最大峰值显著降低。研究中使用了Ag2O-Ag和Ag2S-Ag双层材料结构来通过DDA方法模拟证明LSPRs消光光谱的特性退化情况。结果发现，消光效率光谱的波长最大峰值值急剧下降，且λmax发生红移，随着Ag2O和Ag2S厚度的增加这种现象更为显著。 此外，研究还使用了Au-Ag和TiO2-Ag双层材料结构，以研究它们的LSPRs消光光谱。DDA方法的模拟结果显示，随着Au和TiO2厚度的增加，消光效率光谱的波长最大峰值值略有下降。 在实验中，基于银三角形纳米结构，使用金(Au)和二氧化钛(TiO2)材料，观察了这两种材料的厚度对LSPRs消光光谱的影响。研究人员通过DDA方法模拟了不同厚度下的LSPRs特性，并且得到了与实验数据相符的模拟结果。这些结果为纳米光子学器件的设计提供了重要的理论依据，并指出了在纳米光子器件制造过程中需要注意的材料稳定性问题。 从技术上讲，DDA方法是用于计算纳米粒子散射特性的有效工具。DDA方法可以模拟含有数千个粒子的复杂纳米结构，并考虑了每个粒子的散射效应以及它们之间的相互作用。通过这种方法，研究人员可以预测纳米结构的光学响应，并设计出满足特定要求的纳米光子器件。 本研究强调了纳米光子学器件设计中材料选择的重要性，特别是对于具有特殊光谱响应要求的应用。由于材料的化学稳定性对器件性能的长期稳定性具有决定性作用，故在实际应用中应选择具有高化学稳定性的材料，例如金和二氧化钛，以减少退化，提高器件的工作寿命。 综合而言，这项研究不仅加深了对双层六边形结构三角形周期纳米粒子阵列特性的理解，也展示了DDA模拟技术在纳米光子学中的应用潜力。这为未来开发新型高性能纳米光子学器件提供了重要的参考和工具。