基于Mie理論的典型材料納米結(jié)構(gòu)非局域特性和非線性特性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種小尺寸物體的電磁特性得到了越來越深入的研究。本文研究的納米結(jié)構(gòu)材料，由于其不同于大尺寸材料的特殊性質(zhì)，成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)之一。
　　納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10-100個(gè)原子緊密排列在一起的尺度。納米材料有天然材料和人工材料，隨著生成技術(shù)的不斷發(fā)展，納米級(jí)金屬顆粒的制作和研究也進(jìn)一步深入。由于納米材料的尺寸已經(jīng)接近電

2、子的相干長(zhǎng)度，它的性質(zhì)因?yàn)閺?qiáng)相干所帶來的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化，例如熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)。當(dāng)物質(zhì)的尺寸小到一定程度時(shí)，就不能只用傳統(tǒng)理論的觀點(diǎn)來描述它的行為。
　　本文基于Mie氏理論以解析解的形式研究了金屬納米結(jié)構(gòu)的非局域(nonlocal)特性及其非線性(nonlinear)特性。其中以Drude模型和非局域流體動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)研究了金屬納米線、金屬納米球以及金屬納

3、米管的非局域特性，推導(dǎo)出其消光截面的解析式。進(jìn)一步研究了在不同尺寸下，其對(duì)周圍介質(zhì)的非局域特性;以非諧振振子模型為基礎(chǔ)研究了金屬納米球的非線性特性，推導(dǎo)出其非線性情況下的電場(chǎng)表達(dá)式，將非線性場(chǎng)用一系列的球矢量波函數(shù)展開，進(jìn)一步研究了其遠(yuǎn)場(chǎng)特性及極化度。由于納米結(jié)構(gòu)的非局域特性和非線性特性使其對(duì)周圍介質(zhì)具有較高的敏感度，因此納米結(jié)構(gòu)材料可以被設(shè)計(jì)成探測(cè)傳感器用來感測(cè)物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)。本文的研究可以為設(shè)計(jì)一種新型的納米探測(cè)器作為參考。本文

4、的主要工作有:
　　1.充分調(diào)研并了解了目前國(guó)內(nèi)外金屬納米結(jié)構(gòu)非局域特性及非線性特性的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了非局域特性及非線性特性的研究背景，闡明本文所做工作的重要性。
　　2.闡述了研究金屬納米結(jié)構(gòu)非局域特性及非線性特性所用的Mie氏理論及用到的Drude模型、非局域流體動(dòng)力學(xué)模型和非諧振振子模型。
　　3.研究了不同尺寸金屬納米線、球及不同內(nèi)外半徑比金屬納米管的非局域特性，給出了其消光截面的解析解，并比較了不同情況下金屬