表面等离激元手性机理的电-磁耦合分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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胡莉，方蔚瑞 著

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• 表面等离激元
• 手性光学
• 电磁耦合
• 手性材料
• 光学性质
• 纳米光学
• 计算电磁学
• 偏振
• 光学传感器
• 生物传感

出版社： 重庆大学出版社

ISBN：9787568904650

版次：1

商品编码：12120951

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-06-01

用纸：胶版纸

页数：121

字数：99000

正文语种：中文

内容简介

　　《表面等离激元手性机理的电-磁耦合分析》针对表面等离激元手性光学研究中的热点和难点问题进行初步的基础性研究。采用电．磁耦合模型定量分析了非固有手性表面等离激元的手性响应机理；对矩形劈裂环进行杂化模式分析及半解析分析；采用耦合偶极模型定量分析了固有手性表面等离激元的手性响应；研究纳米米二聚体的Fano共振及其协助增强表面等离激元CD响应；以及劈裂环和纳米米二聚体在超手性场、远场中的传感特性等，从而为进一步理论和实验研究提供理论参考，也可为物理学、材料学等专业学习提供参考。

内页插图

目录

第1章 表面等离激元基本概述
1．1 表面等离激元的基本概念
1．2 表面等离激元的基本原理及分类
1．2．1 表面等离极化激元
1．2．2 局域表面等离激元
1．3 表面等离激元纳米结构的制备方法
1．4 表面等离激元的仿真计算方法

第2章 手性光学的基本理论
2．1 手性的基本概念
2．2 手性的光学表征
2．3 表面等离激元手性的研究概况
2．3．1 表面等离激元手性结构的分类及响应机理
2．3．2 表面等离激元手性的应用

第3章 非固有表面等离激元手性机理的电一磁耦合分析
3．1 非固有手性表面等离激元手性响应
3．2 对称性破缺及耦合偶极子理论
3．2．1 矩形劈裂环及其CD响应
3．2．2 耦合偶极子理论
3．2．3 电-磁偶极子相互耦合的解析模型分析
3．3 模式杂化及电磁混合
3．3．1 电．磁耦合过程的杂化分析
3．3．2 矩形劈裂环手性响应的电-磁耦合分析
3．4 矩形劈裂环的结构参数对手性响应的影响

第4章 固有表面等离激元手性机理的电-磁耦合分析
4．1 固有表面等离激元手性响应
4．2 固有手性响应的耦合偶极理论
4．2．1 电．磁耦合偶极的解析模型
4．2．2 解析计算
4．3 Born-Kuhn模型的耦合偶极分析
4．4 其他三维手性表面等离激元的耦合偶极分析

第5章 Fano共振与表面等离激元手性响应
5．1 Fano共振与CD响应
5．1．1 Fano共振
5．1．2 Fano共振与CD响应
5．1．3 物理模型
5．2 Au-Ag纳米米二聚体的Fano共振
5．3 其他参数对CD响应的影响
5．3．1 不同材料对表面等离激元手性的影响
5．3．2 纳米米之间不同间距对手性的影响
5．3．3 结构尺寸对表面等离激元手性的影响

第6章 表面等离激元的手性传感特性研究
6．1 表面等离激元的传感特性
6．2 表面等离激元Fano共振传感特性
6．3 表面等离激元的手性传感特性
6．3．1 Au-Ag纳米米二聚体CD传感特性
6．3．2 矩形劈裂环近场手性传感特性研究

参考文献

前言/序言

　　手性（Chirality）在自然界中几乎无处不在，它遍及生命化学等现代科学研究的各个领域。对于地球上大部分生物而言，手性药物分子的构型不同从而具有不同的生理毒性和活性，因此，对手性信号的检测及手性分子的识别和分离是生物制药、有机化学、高分子材料及药物化学等领域的研究重点和热点。然而自然界手性分子对入射光的响应非常弱且其响应波段局限于紫外光波段，这就极大地限制了它的有效应用。随着纳米技术和表面等离激元科学的发展，科学家们研究发现利用表面等离激元的局域增强效应可以大大地增强圆二色响应（Circular Dichroism，CD）及产生超手性场，并能将响应拓展到可见光及近红外波段。表面等离激元共振对金属纳米结构的形状、尺寸、材料及所处环境非常敏感，从而具有很强的可调谐性。因此，基于表面等离激元手性响应的研究备受研究者们的重视。
　　本书共6章内容，各章内容大致如下：第1章介绍表面等离激元的基本概念、分类、制备和计算方法；第2章介绍手性光学的基本理论以及表面等离激元手性的研究概况；第3章利用杂化理论及电。磁耦合模型对非手性结构的表面等离激元手性响应进行分析，并以非对称的矩形劈裂环为例进行了详细分析；第4章利用电一磁耦合模型对手性三维纳米结构的固有手性响应进行分析，并通过多个三维手性结构对电一磁耦合模型进行了验证；第5章利用电一磁耦合理论对纳米米二聚体的Fano共振和CD响应进行了详细分析；第6章在前面的研究基础上，重点分析了矩形劈裂环和纳米米二聚体的远场和近场手性传感特性。
　　本书的出版得到了重庆市检测控制集成系统工程实验室2016年开放课题经费资助以及重庆工商大学和重庆大学出版社的大力支持。在此一并表示衷心的感谢！
　　由于著者水平有限，书中不妥之处在所难免，热忱欢迎读者批评指正。

好的，这里为您创作一份关于《表面等离激元手性机理的电-磁耦合分析》一书的简介，内容将严格围绕表面等离激元、手性机理、电磁耦合分析等核心概念进行深入阐述，避免涉及其他不相关主题，并力求以专业、严谨的学术语言撰写。 --- 《表面等离激元手性机理的电-磁耦合分析》图书简介 绪论：探索光与物质相互作用的前沿领域 在纳米光子学和材料科学的交叉领域，表面等离激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs）因其独特的电磁场局域增强效应和优异的调控能力，已成为研究光与物质相互作用的焦点。当光波与金属或介质界面的自由电子集体振荡耦合时，便在宏观尺度上展现出超越衍射极限的现象，为集成光学器件、高灵敏度传感以及新型光学元件的设计提供了广阔前景。 然而，随着对SPPs应用要求的日益精细化，特别是面向生物传感、圆偏振光操控等前沿课题时，其固有的电磁场特性中的“手性”维度变得至关重要。手性，作为物质与镜像不可重叠的内在属性，在光与物质的相互作用中体现为对左旋和右旋圆偏振光（LCP/RCP）的不同响应。在SPPs系统中引入和精确调控手性，不仅是基础物理问题，更是实现高性能光学器件的关键瓶颈。 本书《表面等离激元手性机理的电-磁耦合分析》正是聚焦于这一核心难题，系统性地剖析了如何在纳米尺度下，通过精巧的结构设计和严谨的理论模型，实现对SPPs手性特性的电磁耦合机理的深入理解与量化分析。 第一部分：表面等离激元基础与手性耦合的理论框架 本书首先奠定了坚实的理论基础。详细回顾了经典电动力学中描述SPPs传播和衰减的麦克斯韦方程组在金属/介质界面的边界条件解。重点阐述了基于Drude模型的金属光学常数对SPPs色散关系的影响，特别是对SPP的有效折射率和场增强因子的影响。 随后，引入了手性概念在SPPs系统中的具体体现：即电磁场在空间分布或时间演化上呈现出非互易性或非对称性。传统无手性结构中的SPP传播是时间反演对称的，但一旦引入结构几何或材料本征的手性，这种对称性即被打破。 理论分析的核心在于构建电-磁耦合分析框架。这包括但不限于： 1. 动态极化率（Dynamic Polarization）的引入： 阐述了如何通过引入非对称的电流密度项，或利用具有手性的结构单元（如螺旋、扭曲排列的纳米颗粒），在材料本构方程中体现手性耦合项。 2. 耦合模理论（Coupled Mode Theory, CMT）的应用： 建立了描述不同传播模式（如LSPP、GSPP，或不同轨道角动量的模式）之间能量交换和相位耦合的系统方程组。手性机理通过耦合系数的非互易性得以量化。 3. 散射矩阵（S-matrix）与琼斯矩阵（Jones Matrix）： 建立了从输入圆偏振光到输出圆偏振光响应的完整数学描述，用于量化系统的圆二色性（CD）和偏振旋转效应。 第二部分：结构诱导的手性机理解析 本书深入探讨了实现SPPs手性的主要结构途径，并对其背后的电磁耦合机制进行了细致的解构。 2.1 几何结构手性：纳米阵列的周期性与扭曲 重点分析了基于周期性纳米结构（如光栅、周期性孔阵）中，通过调整阵列的周期性排列或几何扭曲来诱导手性。当纳米单元（如纳米棒、纳米碟）沿传播方向呈现出逐渐旋转的排布时，入射光在不同位置激发出的局部表面等离激元（LSPPs）之间会产生空间积累的相位差，这种累积效应最终导致宏观上传播模式的手性增强。分析中涉及了不同阵列几何参数（如螺距、扭转角）与SPP色散关系和手性响应强度之间的非线性耦合关系。 2.2 单个单元的内在手性耦合 分析了单个、非周期性纳米结构（如螺旋天线、扭曲纳米线）的手性特性。在这种情况下，手性源于结构自身的空间不对称性。通过有限元法（FEM）或时域有限差分法（FDTD）进行高分辨率模拟，精确解析了场分布在结构内部的电场（E场）和磁场（H场）之间的空间方位角差异，这是手性响应的微观物理根源。强调了电场极化方向与磁场环流方向的耦合，如何共同决定了圆二色性响应的峰值位置和宽度。 2.3 介质界面与多层结构的手性耦合 探讨了在多层异质结构中，通过不同材料的电学特性差异，或者在特定几何构型下形成的耦合腔，如何实现手性的增强和调控。例如，在金属-介质-金属（MIM）结构中，上下金属层之间的耦合模式可以被手性间隔层进一步调制，形成具有极高Q因子和尖锐手性响应的新型谐振腔。这部分深入分析了电场在不同介质层间传输和反射时的相位突变，如何转化为显著的圆二色效应。 第三部分：电-磁耦合分析的量化方法与应用导向 本书的特色在于其量化分析的方法论。不仅仅停留在定性描述，而是着重于如何利用电磁耦合理论建立可预测的模型。 3.1 强耦合体系中的手性能级分裂 在强耦合区域（例如，当SPP模式与分子或量子点模式发生杂化时），手性机理表现为能级的分裂（类似斯塔克效应，但由手性驱动）。本书利用密度泛函理论（DFT）与电磁场计算的混合方法，分析了手性场对电子能级的拉曼能级位移，揭示了手性电磁环境如何影响激发态的寿命和弛豫路径。 3.2 互易性与非互易性的量化指标 对SPPs手性的严格量化依赖于对非互易性的描述。详细介绍了如何计算系统的琼斯矩阵元素的差异，特别是$left| J_{LL} - J_{RR} ight|$（圆二色性幅度）和$ ext{Im}(J_{LR})$（圆偏振旋转角）。通过电磁场耦合分析，可以直接关联这些宏观指标与微观的电荷密度分布和电流密度梯度。 3.3 调控策略与应用潜力 基于上述分析框架，本书最后提出了几种实现高对比度、宽带或窄带SPP手性的主动/被动调控策略。这包括利用电场或热场对材料折射率的动态调控（电控或热控手性），以及利用非线性光学效应实现频率转换下的手性增强。这些分析直接服务于下一代偏振敏感传感器、手性光源（如圆偏振LED/激光器）以及光信息处理技术的发展。 总结 《表面等离激元手性机理的电-磁耦合分析》为研究人员提供了一套严密且实用的工具箱，用以解析和设计具有特定手性响应的SPPs系统。全书贯穿着电磁场、电子振荡、结构几何三者之间相互耦合的精细动态过程，旨在推动表面等离激元学从单纯的场增强研究，迈向更精细、更具功能化的手性光操控时代。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《表面等离激子手性机理的电-磁耦合分析》这个题目时，我脑海中立刻浮现出了许多相关的科研论文和研究方向。表面等离激子，这个在金属纳米材料表面激发的特殊光学模式，其独特的电磁场局域化和增强效应，早已成为操纵光与物质相互作用的强大工具。而“手性”的引入，则为这个领域增添了一层更深邃的维度，它关乎到物质的左旋与右旋之分，以及在光学上如何区分和利用这种不对称性。本书的重点在于“电-磁耦合分析”，这暗示了它将深入到物理过程的本质，而非停留在现象的描述。我期待这本书能够详细阐述表面等离激子的激发机制，特别是如何通过与入射光的电磁场发生耦合来产生。然后，重点分析手性结构如何影响这种耦合过程，使得等离激子在空间上产生不对称的分布或运动，从而表现出手性光学特性。例如，书中是否会探讨不同几何形状的手性纳米结构（如球形、棒形、螺旋形、星形等）在耦合过程中的作用？以及如何利用数值模拟手段（如COMSOL、Lumerical等软件）来计算和可视化这些电磁场和等离激子的行为？我非常渴望了解如何通过精确的电磁耦合分析，来设计具有特定手性响应的表面等离激元器件，例如在偏振分束、圆偏振光探测、以及不对称催化等领域。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目，《表面等离激元手性机理的电-磁耦合分析》，一下子就抓住了我作为一名长期研究纳米光学和信息功能材料的研究者的注意力。在当前的科研热点中，手性现象在纳米尺度上的光学调控是一个极具挑战性且充满潜力的方向。表面等离激子作为一种在金属纳米结构表面传播的集体电子振荡，其独特的局域场增强效应和模式可调性，为实现高效的手性光学响应提供了绝佳的平台。我尤其关注本书在“电-磁耦合分析”这一块的深度。这不仅仅是简单地描述现象，而是需要对麦克斯韦方程组在特定边界条件下的求解，以及如何建立起表面等离激子与外部电磁场，特别是手性光源，之间的精确耦合模型。我期待书中能够详尽地介绍常用的数值模拟方法（如有限元法、时域有限差分法）在分析这些耦合过程中的应用，以及如何通过理论分析来指导实验设计，例如通过改变纳米结构的形状、尺寸、排列方式等来优化手性光子的产生效率和圆二色谱的强度。同时，我也希望书中能探讨一些前沿性的应用，比如在单分子手性识别、手性光探测器、新型光学滤波器以及量子信息处理等领域的潜在突破。

评分☆☆☆☆☆

这本《表面等离激元手性机理的电-磁耦合分析》的书名，对我这个在材料科学领域摸爬滚打多年的学生来说，简直就是一场及时雨。我一直在寻找一本能够系统梳理表面等离激子在手性现象中扮演关键角色的著作，并且能够从根本上解释清楚其背后的电磁学原理。表面等离激子，这东西我听过不少，也见过不少模拟图，但真正要理解它是怎么“手性”起来的，以及这个“手性”是怎么被电磁场“耦合”出来的，一直是我的一个困惑。我特别希望书中能够从基础的等离激子共振条件讲起，然后逐步引入手性结构的概念，比如不对称的纳米粒子、螺旋形结构等。更关键的是，“电-磁耦合分析”这个部分，我希望能看到严谨的理论推导，解释清楚电场和磁场是如何相互作用，使得表面等离激子能够产生非对称的光学响应。比如，如何通过电磁场的方向性和强度来诱导或放大手性效应？是否会涉及到一些复杂的积分方程或者矩阵方法？此外，这本书如果能结合一些具体的材料体系，比如基于金、银、铜的纳米结构，或者新型的二维材料，来展示如何实现不同的手性光学现象，那就太棒了。我非常期待看到一些案例分析，能够展示如何通过改变设计参数来精细调控其圆偏振光吸收、透射或散射的特性。

评分☆☆☆☆☆

这本《表面等离激子手性机理的电-磁耦合分析》的书名，本身就蕴含着一种严谨而前沿的学术气息，立刻吸引了我这位对物理学基础理论和新兴应用都有着浓厚兴趣的读者。表面等离激子，我对其作为纳米尺度上强烈的电磁场局域化和增强现象已经有所了解，并认识到它在光学领域的巨大潜力。然而，“手性机理”的加入，则将研究的深度和应用前景推向了一个新的高度。手性，是自然界中最普遍却又最精妙的不对称性之一，在化学、生物学甚至材料科学中都扮演着不可或缺的角色。我非常好奇，表面等离激子是如何在微观世界中展现出这种“手性”特征的，以及这种手性又是如何由电磁场之间的“耦合”来驱动和调控的。我殷切地希望书中能够提供一个清晰、逻辑严密的框架，从基本的光与物质相互作用出发，逐步解析表面等离激子的激发、传播以及其与手性结构之间的能量交换过程。尤其是在“电-磁耦合分析”这一部分，我期待能够看到对麦克斯韦方程组在复杂纳米结构下的处理方法，以及如何量化表面等离激子与不同偏振态光之间的相互作用强度和方向性。此外，如果书中能够涵盖一些关于如何设计新型手性表面等离激元纳米结构，以及这些结构在实现高效圆二色谱、手性光 홀、甚至手性信息存储等方面的应用实例，那将是对我学习和研究的莫大启发。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名就足够吸引人了，《表面等离激元手性机理的电-磁耦合分析》，光是这几个关键词就勾勒出一个充满前沿物理魅力的领域。作为一名对光学和材料科学交叉领域抱有浓厚兴趣的读者，我一直在寻找能够深入解读这类复杂现象的著作。我预感这本书将为我打开一扇通往微观世界奇妙互动的大门。表面等离激子，这个听起来就带着点神秘感的名字，本身就预示着电子与光子之间非同寻常的舞蹈。而“手性机理”更是点睛之笔，它暗示着我们将要探讨的是一种方向依赖的光学响应，这在不对称分子识别、圆偏振光探测等领域具有至关重要的应用价值。更重要的是，作者将“电-磁耦合分析”放在了核心位置，这表明本书并非仅仅停留在概念的阐述，而是会深入到理论分析的层面，利用强大的电磁学工具来揭示表面等离激子的激发、传播以及其与手性物质相互作用的内在机制。我迫切地希望书中能够包含对不同材料（如金、银、等离激元纳米结构）的分析，以及如何通过结构设计来调控表面等离激子的性质，进而实现所需的手性光学效应。此外，对实验验证和理论计算模型的结合也是我非常期待的部分，因为这能让抽象的理论变得更加具象，也更容易被读者理解和掌握。