錶麵等離激元手性機理的電-磁耦閤分析 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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鬍莉，方蔚瑞 著

圖書標籤:

• 錶麵等離激元
• 手性光學
• 電磁耦閤
• 手性材料
• 光學性質
• 納米光學
• 計算電磁學
• 偏振
• 光學傳感器
• 生物傳感

齣版社： 重慶大學齣版社

ISBN：9787568904650

版次：1

商品編碼：12120951

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-06-01

用紙：膠版紙

頁數：121

字數：99000

正文語種：中文

內容簡介

　　《錶麵等離激元手性機理的電-磁耦閤分析》針對錶麵等離激元手性光學研究中的熱點和難點問題進行初步的基礎性研究。采用電．磁耦閤模型定量分析瞭非固有手性錶麵等離激元的手性響應機理；對矩形劈裂環進行雜化模式分析及半解析分析；采用耦閤偶極模型定量分析瞭固有手性錶麵等離激元的手性響應；研究納米米二聚體的Fano共振及其協助增強錶麵等離激元CD響應；以及劈裂環和納米米二聚體在超手性場、遠場中的傳感特性等，從而為進一步理論和實驗研究提供理論參考，也可為物理學、材料學等專業學習提供參考。

內頁插圖

目錄

第1章 錶麵等離激元基本概述
1．1 錶麵等離激元的基本概念
1．2 錶麵等離激元的基本原理及分類
1．2．1 錶麵等離極化激元
1．2．2 局域錶麵等離激元
1．3 錶麵等離激元納米結構的製備方法
1．4 錶麵等離激元的仿真計算方法

第2章 手性光學的基本理論
2．1 手性的基本概念
2．2 手性的光學錶徵
2．3 錶麵等離激元手性的研究概況
2．3．1 錶麵等離激元手性結構的分類及響應機理
2．3．2 錶麵等離激元手性的應用

第3章 非固有錶麵等離激元手性機理的電一磁耦閤分析
3．1 非固有手性錶麵等離激元手性響應
3．2 對稱性破缺及耦閤偶極子理論
3．2．1 矩形劈裂環及其CD響應
3．2．2 耦閤偶極子理論
3．2．3 電-磁偶極子相互耦閤的解析模型分析
3．3 模式雜化及電磁混閤
3．3．1 電．磁耦閤過程的雜化分析
3．3．2 矩形劈裂環手性響應的電-磁耦閤分析
3．4 矩形劈裂環的結構參數對手性響應的影響

第4章 固有錶麵等離激元手性機理的電-磁耦閤分析
4．1 固有錶麵等離激元手性響應
4．2 固有手性響應的耦閤偶極理論
4．2．1 電．磁耦閤偶極的解析模型
4．2．2 解析計算
4．3 Born-Kuhn模型的耦閤偶極分析
4．4 其他三維手性錶麵等離激元的耦閤偶極分析

第5章 Fano共振與錶麵等離激元手性響應
5．1 Fano共振與CD響應
5．1．1 Fano共振
5．1．2 Fano共振與CD響應
5．1．3 物理模型
5．2 Au-Ag納米米二聚體的Fano共振
5．3 其他參數對CD響應的影響
5．3．1 不同材料對錶麵等離激元手性的影響
5．3．2 納米米之間不同間距對手性的影響
5．3．3 結構尺寸對錶麵等離激元手性的影響

第6章 錶麵等離激元的手性傳感特性研究
6．1 錶麵等離激元的傳感特性
6．2 錶麵等離激元Fano共振傳感特性
6．3 錶麵等離激元的手性傳感特性
6．3．1 Au-Ag納米米二聚體CD傳感特性
6．3．2 矩形劈裂環近場手性傳感特性研究

參考文獻

前言/序言

　　手性（Chirality）在自然界中幾乎無處不在，它遍及生命化學等現代科學研究的各個領域。對於地球上大部分生物而言，手性藥物分子的構型不同從而具有不同的生理毒性和活性，因此，對手性信號的檢測及手性分子的識彆和分離是生物製藥、有機化學、高分子材料及藥物化學等領域的研究重點和熱點。然而自然界手性分子對入射光的響應非常弱且其響應波段局限於紫外光波段，這就極大地限製瞭它的有效應用。隨著納米技術和錶麵等離激元科學的發展，科學傢們研究發現利用錶麵等離激元的局域增強效應可以大大地增強圓二色響應（Circular Dichroism，CD）及産生超手性場，並能將響應拓展到可見光及近紅外波段。錶麵等離激元共振對金屬納米結構的形狀、尺寸、材料及所處環境非常敏感，從而具有很強的可調諧性。因此，基於錶麵等離激元手性響應的研究備受研究者們的重視。
　　本書共6章內容，各章內容大緻如下：第1章介紹錶麵等離激元的基本概念、分類、製備和計算方法；第2章介紹手性光學的基本理論以及錶麵等離激元手性的研究概況；第3章利用雜化理論及電。磁耦閤模型對非手性結構的錶麵等離激元手性響應進行分析，並以非對稱的矩形劈裂環為例進行瞭詳細分析；第4章利用電一磁耦閤模型對手性三維納米結構的固有手性響應進行分析，並通過多個三維手性結構對電一磁耦閤模型進行瞭驗證；第5章利用電一磁耦閤理論對納米米二聚體的Fano共振和CD響應進行瞭詳細分析；第6章在前麵的研究基礎上，重點分析瞭矩形劈裂環和納米米二聚體的遠場和近場手性傳感特性。
　　本書的齣版得到瞭重慶市檢測控製集成係統工程實驗室2016年開放課題經費資助以及重慶工商大學和重慶大學齣版社的大力支持。在此一並錶示衷心的感謝！
　　由於著者水平有限，書中不妥之處在所難免，熱忱歡迎讀者批評指正。

好的，這裏為您創作一份關於《錶麵等離激元手性機理的電-磁耦閤分析》一書的簡介，內容將嚴格圍繞錶麵等離激元、手性機理、電磁耦閤分析等核心概念進行深入闡述，避免涉及其他不相關主題，並力求以專業、嚴謹的學術語言撰寫。 --- 《錶麵等離激元手性機理的電-磁耦閤分析》圖書簡介 緒論：探索光與物質相互作用的前沿領域 在納米光子學和材料科學的交叉領域，錶麵等離激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs）因其獨特的電磁場局域增強效應和優異的調控能力，已成為研究光與物質相互作用的焦點。當光波與金屬或介質界麵的自由電子集體振蕩耦閤時，便在宏觀尺度上展現齣超越衍射極限的現象，為集成光學器件、高靈敏度傳感以及新型光學元件的設計提供瞭廣闊前景。 然而，隨著對SPPs應用要求的日益精細化，特彆是麵嚮生物傳感、圓偏振光操控等前沿課題時，其固有的電磁場特性中的“手性”維度變得至關重要。手性，作為物質與鏡像不可重疊的內在屬性，在光與物質的相互作用中體現為對左鏇和右鏇圓偏振光（LCP/RCP）的不同響應。在SPPs係統中引入和精確調控手性，不僅是基礎物理問題，更是實現高性能光學器件的關鍵瓶頸。 本書《錶麵等離激元手性機理的電-磁耦閤分析》正是聚焦於這一核心難題，係統性地剖析瞭如何在納米尺度下，通過精巧的結構設計和嚴謹的理論模型，實現對SPPs手性特性的電磁耦閤機理的深入理解與量化分析。 第一部分：錶麵等離激元基礎與手性耦閤的理論框架 本書首先奠定瞭堅實的理論基礎。詳細迴顧瞭經典電動力學中描述SPPs傳播和衰減的麥剋斯韋方程組在金屬/介質界麵的邊界條件解。重點闡述瞭基於Drude模型的金屬光學常數對SPPs色散關係的影響，特彆是對SPP的有效摺射率和場增強因子的影響。 隨後，引入瞭手性概念在SPPs係統中的具體體現：即電磁場在空間分布或時間演化上呈現齣非互易性或非對稱性。傳統無手性結構中的SPP傳播是時間反演對稱的，但一旦引入結構幾何或材料本徵的手性，這種對稱性即被打破。 理論分析的核心在於構建電-磁耦閤分析框架。這包括但不限於： 1. 動態極化率（Dynamic Polarization）的引入： 闡述瞭如何通過引入非對稱的電流密度項，或利用具有手性的結構單元（如螺鏇、扭麯排列的納米顆粒），在材料本構方程中體現手性耦閤項。 2. 耦閤模理論（Coupled Mode Theory, CMT）的應用： 建立瞭描述不同傳播模式（如LSPP、GSPP，或不同軌道角動量的模式）之間能量交換和相位耦閤的係統方程組。手性機理通過耦閤係數的非互易性得以量化。 3. 散射矩陣（S-matrix）與瓊斯矩陣（Jones Matrix）： 建立瞭從輸入圓偏振光到輸齣圓偏振光響應的完整數學描述，用於量化係統的圓二色性（CD）和偏振鏇轉效應。 第二部分：結構誘導的手性機理解析 本書深入探討瞭實現SPPs手性的主要結構途徑，並對其背後的電磁耦閤機製進行瞭細緻的解構。 2.1 幾何結構手性：納米陣列的周期性與扭麯 重點分析瞭基於周期性納米結構（如光柵、周期性孔陣）中，通過調整陣列的周期性排列或幾何扭麯來誘導手性。當納米單元（如納米棒、納米碟）沿傳播方嚮呈現齣逐漸鏇轉的排布時，入射光在不同位置激發齣的局部錶麵等離激元（LSPPs）之間會産生空間積纍的相位差，這種纍積效應最終導緻宏觀上傳播模式的手性增強。分析中涉及瞭不同陣列幾何參數（如螺距、扭轉角）與SPP色散關係和手性響應強度之間的非綫性耦閤關係。 2.2 單個單元的內在手性耦閤 分析瞭單個、非周期性納米結構（如螺鏇天綫、扭麯納米綫）的手性特性。在這種情況下，手性源於結構自身的空間不對稱性。通過有限元法（FEM）或時域有限差分法（FDTD）進行高分辨率模擬，精確解析瞭場分布在結構內部的電場（E場）和磁場（H場）之間的空間方位角差異，這是手性響應的微觀物理根源。強調瞭電場極化方嚮與磁場環流方嚮的耦閤，如何共同決定瞭圓二色性響應的峰值位置和寬度。 2.3 介質界麵與多層結構的手性耦閤 探討瞭在多層異質結構中，通過不同材料的電學特性差異，或者在特定幾何構型下形成的耦閤腔，如何實現手性的增強和調控。例如，在金屬-介質-金屬（MIM）結構中，上下金屬層之間的耦閤模式可以被手性間隔層進一步調製，形成具有極高Q因子和尖銳手性響應的新型諧振腔。這部分深入分析瞭電場在不同介質層間傳輸和反射時的相位突變，如何轉化為顯著的圓二色效應。 第三部分：電-磁耦閤分析的量化方法與應用導嚮 本書的特色在於其量化分析的方法論。不僅僅停留在定性描述，而是著重於如何利用電磁耦閤理論建立可預測的模型。 3.1 強耦閤體係中的手性能級分裂 在強耦閤區域（例如，當SPP模式與分子或量子點模式發生雜化時），手性機理錶現為能級的分裂（類似斯塔剋效應，但由手性驅動）。本書利用密度泛函理論（DFT）與電磁場計算的混閤方法，分析瞭手性場對電子能級的拉曼能級位移，揭示瞭手性電磁環境如何影響激發態的壽命和弛豫路徑。 3.2 互易性與非互易性的量化指標 對SPPs手性的嚴格量化依賴於對非互易性的描述。詳細介紹瞭如何計算係統的瓊斯矩陣元素的差異，特彆是$left| J_{LL} - J_{RR} ight|$（圓二色性幅度）和$ ext{Im}(J_{LR})$（圓偏振鏇轉角）。通過電磁場耦閤分析，可以直接關聯這些宏觀指標與微觀的電荷密度分布和電流密度梯度。 3.3 調控策略與應用潛力 基於上述分析框架，本書最後提齣瞭幾種實現高對比度、寬帶或窄帶SPP手性的主動/被動調控策略。這包括利用電場或熱場對材料摺射率的動態調控（電控或熱控手性），以及利用非綫性光學效應實現頻率轉換下的手性增強。這些分析直接服務於下一代偏振敏感傳感器、手性光源（如圓偏振LED/激光器）以及光信息處理技術的發展。 總結 《錶麵等離激元手性機理的電-磁耦閤分析》為研究人員提供瞭一套嚴密且實用的工具箱，用以解析和設計具有特定手性響應的SPPs係統。全書貫穿著電磁場、電子振蕩、結構幾何三者之間相互耦閤的精細動態過程，旨在推動錶麵等離激元學從單純的場增強研究，邁嚮更精細、更具功能化的手性光操控時代。

評分☆☆☆☆☆

這本《錶麵等離激元手性機理的電-磁耦閤分析》的書名，對我這個在材料科學領域摸爬滾打多年的學生來說，簡直就是一場及時雨。我一直在尋找一本能夠係統梳理錶麵等離激子在手性現象中扮演關鍵角色的著作，並且能夠從根本上解釋清楚其背後的電磁學原理。錶麵等離激子，這東西我聽過不少，也見過不少模擬圖，但真正要理解它是怎麼“手性”起來的，以及這個“手性”是怎麼被電磁場“耦閤”齣來的，一直是我的一個睏惑。我特彆希望書中能夠從基礎的等離激子共振條件講起，然後逐步引入手性結構的概念，比如不對稱的納米粒子、螺鏇形結構等。更關鍵的是，“電-磁耦閤分析”這個部分，我希望能看到嚴謹的理論推導，解釋清楚電場和磁場是如何相互作用，使得錶麵等離激子能夠産生非對稱的光學響應。比如，如何通過電磁場的方嚮性和強度來誘導或放大手性效應？是否會涉及到一些復雜的積分方程或者矩陣方法？此外，這本書如果能結閤一些具體的材料體係，比如基於金、銀、銅的納米結構，或者新型的二維材料，來展示如何實現不同的手性光學現象，那就太棒瞭。我非常期待看到一些案例分析，能夠展示如何通過改變設計參數來精細調控其圓偏振光吸收、透射或散射的特性。

評分☆☆☆☆☆

這本《錶麵等離激子手性機理的電-磁耦閤分析》的書名，本身就蘊含著一種嚴謹而前沿的學術氣息，立刻吸引瞭我這位對物理學基礎理論和新興應用都有著濃厚興趣的讀者。錶麵等離激子，我對其作為納米尺度上強烈的電磁場局域化和增強現象已經有所瞭解，並認識到它在光學領域的巨大潛力。然而，“手性機理”的加入，則將研究的深度和應用前景推嚮瞭一個新的高度。手性，是自然界中最普遍卻又最精妙的不對稱性之一，在化學、生物學甚至材料科學中都扮演著不可或缺的角色。我非常好奇，錶麵等離激子是如何在微觀世界中展現齣這種“手性”特徵的，以及這種手性又是如何由電磁場之間的“耦閤”來驅動和調控的。我殷切地希望書中能夠提供一個清晰、邏輯嚴密的框架，從基本的光與物質相互作用齣發，逐步解析錶麵等離激子的激發、傳播以及其與手性結構之間的能量交換過程。尤其是在“電-磁耦閤分析”這一部分，我期待能夠看到對麥剋斯韋方程組在復雜納米結構下的處理方法，以及如何量化錶麵等離激子與不同偏振態光之間的相互作用強度和方嚮性。此外，如果書中能夠涵蓋一些關於如何設計新型手性錶麵等離激元納米結構，以及這些結構在實現高效圓二色譜、手性光 홀、甚至手性信息存儲等方麵的應用實例，那將是對我學習和研究的莫大啓發。

評分☆☆☆☆☆

這本書的題目，《錶麵等離激元手性機理的電-磁耦閤分析》，一下子就抓住瞭我作為一名長期研究納米光學和信息功能材料的研究者的注意力。在當前的科研熱點中，手性現象在納米尺度上的光學調控是一個極具挑戰性且充滿潛力的方嚮。錶麵等離激子作為一種在金屬納米結構錶麵傳播的集體電子振蕩，其獨特的局域場增強效應和模式可調性，為實現高效的手性光學響應提供瞭絕佳的平颱。我尤其關注本書在“電-磁耦閤分析”這一塊的深度。這不僅僅是簡單地描述現象，而是需要對麥剋斯韋方程組在特定邊界條件下的求解，以及如何建立起錶麵等離激子與外部電磁場，特彆是手性光源，之間的精確耦閤模型。我期待書中能夠詳盡地介紹常用的數值模擬方法（如有限元法、時域有限差分法）在分析這些耦閤過程中的應用，以及如何通過理論分析來指導實驗設計，例如通過改變納米結構的形狀、尺寸、排列方式等來優化手性光子的産生效率和圓二色譜的強度。同時，我也希望書中能探討一些前沿性的應用，比如在單分子手性識彆、手性光探測器、新型光學濾波器以及量子信息處理等領域的潛在突破。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名就足夠吸引人瞭，《錶麵等離激元手性機理的電-磁耦閤分析》，光是這幾個關鍵詞就勾勒齣一個充滿前沿物理魅力的領域。作為一名對光學和材料科學交叉領域抱有濃厚興趣的讀者，我一直在尋找能夠深入解讀這類復雜現象的著作。我預感這本書將為我打開一扇通往微觀世界奇妙互動的大門。錶麵等離激子，這個聽起來就帶著點神秘感的名字，本身就預示著電子與光子之間非同尋常的舞蹈。而“手性機理”更是點睛之筆，它暗示著我們將要探討的是一種方嚮依賴的光學響應，這在不對稱分子識彆、圓偏振光探測等領域具有至關重要的應用價值。更重要的是，作者將“電-磁耦閤分析”放在瞭核心位置，這錶明本書並非僅僅停留在概念的闡述，而是會深入到理論分析的層麵，利用強大的電磁學工具來揭示錶麵等離激子的激發、傳播以及其與手性物質相互作用的內在機製。我迫切地希望書中能夠包含對不同材料（如金、銀、等離激元納米結構）的分析，以及如何通過結構設計來調控錶麵等離激子的性質，進而實現所需的手性光學效應。此外，對實驗驗證和理論計算模型的結閤也是我非常期待的部分，因為這能讓抽象的理論變得更加具象，也更容易被讀者理解和掌握。

評分☆☆☆☆☆

當我看到《錶麵等離激子手性機理的電-磁耦閤分析》這個題目時，我腦海中立刻浮現齣瞭許多相關的科研論文和研究方嚮。錶麵等離激子，這個在金屬納米材料錶麵激發的特殊光學模式，其獨特的電磁場局域化和增強效應，早已成為操縱光與物質相互作用的強大工具。而“手性”的引入，則為這個領域增添瞭一層更深邃的維度，它關乎到物質的左鏇與右鏇之分，以及在光學上如何區分和利用這種不對稱性。本書的重點在於“電-磁耦閤分析”，這暗示瞭它將深入到物理過程的本質，而非停留在現象的描述。我期待這本書能夠詳細闡述錶麵等離激子的激發機製，特彆是如何通過與入射光的電磁場發生耦閤來産生。然後，重點分析手性結構如何影響這種耦閤過程，使得等離激子在空間上産生不對稱的分布或運動，從而錶現齣手性光學特性。例如，書中是否會探討不同幾何形狀的手性納米結構（如球形、棒形、螺鏇形、星形等）在耦閤過程中的作用？以及如何利用數值模擬手段（如COMSOL、Lumerical等軟件）來計算和可視化這些電磁場和等離激子的行為？我非常渴望瞭解如何通過精確的電磁耦閤分析，來設計具有特定手性響應的錶麵等離激元器件，例如在偏振分束、圓偏振光探測、以及不對稱催化等領域。