（凝聚态物理专业论文）分子发光与纳腔等离激元共振之间的相互调制研究.pdf

1 e x p l o r in g t h ei n t e r p l a yb e t w e e n m o l e c ul a rf i u o r e s c e n c ea n d n a n o c a v i t yp l a s m o nr e s o n a n c e a u t h o r sn a m e - y a n gz h a n g s p e c i a l i t y ： c o n d e n s e dm a t t e rp h y s i c s s u p e r v i s o r ：p r o f j i a n g u oh o u ，p r o f z h e n c h a od o n g f i n i s h e dt i m e ：i n l se c l m a y3 r d ，2 0 10 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 作者签名：熟圭塑 签字日期： 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 沦文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人 提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 口公开口保密( 年) 作者签名：么左瑟 签字日期：趁应：2 导师签名： 蓦砸窆_ 签字日期：竺占，7 重要发展方向，其 当一个分子靠近金 受到纳腔等离激元 结构的尺寸、材料 与形状，纳腔等离激元的共振峰位会有明显的变化，进而可实现对分子发光性能 的控制。分子发光能够直观地反映分子光学跃迁与能量转移本质，而要得到分子 发光，首先需要避免金属纳腔对分子荧光的淬灭。本论文利用高光学灵敏度和高 空间分辨率的扫描隧道显微镜( s t m ) 诱导发光技术，研究了单个分子在隧道结 纳腔，l 一的发光性能以及介电脱耦合层对实现分子荧光的重要作用，并将我们在 s t i l l 诱导发光中得到的规律拓展到普通的金属纳腔体系，实现了卟啉分子的光致 特殊荧光。我们的工作有助于揭示纳米尺度下，电子、激子、等离激元与光子之 问的耦合与转化机制，可以为分子光电器件的研究提供重要的科学依据。本论文 主要分为以下四个部分。 在第一章中，我们首先介绍了表面等离激元的定义、特性以及表面等离激元 学的在各方面的应用。由于扫描隧道显微镜诱导发光是我们的一个主要探测手 段，我们随后介绍s t m 诱导发光技术。在简要介绍光子收集与检测等实验技术后， 我们较为系统的阐述了s t m 诱导发光在金属表面、半导体表面的研究，以及荧光 分予等体系的研究历史与现状。最后，我们还简要介绍了我们所采用的实验仪器。 在第二章中，我们以扫描探针c o o e p 分子金属衬底体系为主要研究对象， 利用s t m ，通过对吸附在a u 表面上的单个c o o e p 分子进行切割操纵，比较了 操纵前后在c o o e p 分子上所测量的光谱，进而分析了分子对探针诱导的隧道结 纳腔等离激元发光的影响。我们提出分子扮演着间隔层、能量耗散体以及电偶极 振荡体三种作用，详细分析了吸附分子对纳腔表面等离激元发光的调制作用。与 此同时，我们发现s t m 诱导的隧道结纳腔等离激元发光对局域环境的变化非常 敏感，在分子的不同位置以及临近分子的金表面上，发光强度都会所有不同。 第i 章详细地研究了a 1 2 0 3 n i a l 表面上两种z n n f 啉分子( z n t p p 和z n t b p p 分 子) 的s t m 电致发光现象。结合s t s 谱，我们认为直接吸附在薄层氧化铝表面上 的z n 卟啉分子仍与n i a i 衬底存在较强的相互作用，无法得到来自中性分子 摘要 h o m o l u m o 的荧光，而小分子团簇上的第二层z n o b 啉分子利用第一层的分子 做进一步的脱耦合，就能够实现中性分子荧光。通过改变s t m 纳腔等离激元共振 模式，我们实现了来自高振动激发态的热荧光，以及发射光子能量高于激发电子 能量的上转换发光。结合我们在a u 上多层t p p 分子的s t m 诱导发光结果，我们讨 论了探针激发纳腔等离激元对分子荧光的三个方面的作用：提高分子的激发速 率、提高分子的辐射速率、决定哪些光子能够耦合到远场。 第四章在前面的工作基础上，进一步拓展了我们对于分子光学频谱的调控工 作。前期通过修饰s t m 探针的方法，难于可控的实现表面等离激元共振峰位的 调控。在本章中，我们通过化学合成的方法米制备具有特定等离激元共振的金银 纳米结构。将单分子层的卟啉分子蒸发到s i 片表面的金银纳米颗粒膜、金银纳 米颗粒“阵列”上，通过表面等离激元与分子荧光的共振激发，提高了卟啉分子对 应特殊荧光峰的激发速率，我们实现了平时难以观察到的卟啉分子热荧光，实现 了对分子的发光频谱调控。 关键词：表面等离激元，纳腔等离激元，扫描隧道显微镜诱导发光，增强荧光， 共振荧光，卟啉，热荧光，上转换，单分子电致发光，等离激元光子学 i i a b s t r a c t a b s t r a c t m o l e c u l a ro p t o e l e c t r o n i c sl so n eo ft h ei m p o r t a n tr e s e a r c hd i r e c t i o n sf o rf u t u r e d e v e l o p m e n t si ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n de n e r g yt e c h n o l o g y i t ss c i e n t i f i cb a s i s l i e si nt h ec o n t r o lo fe l e c t r o n - p h o t o ni n t e r a c t i o na n dt u n i n go fm o l e c u l a rp h o t o n i c s t a t e s c l o s et oam e t a l l i cn a n o s t m c t u r e ，m o l e c u l a rf l u o r e s c e n c es p e c t r aw i l lb e g r e a t l ym o d i f i e di ni n t e n s i t y , s p e c t r a ls h a p e ，a n da n g u l a rd i s t r i b u t i o n ，d u et ot h e c o u p l i n go f m o l e c u l a re m i t t e r sw i t hs u r f a c ep l a s m o n s t h es u r f a c ep l a s m o nr e s o n a n c e m o d eo fam e t a l l i cn a n o s t r u c t u r ec o u l db em o d u l a t e dt h r o u g ht h ec h a n g eo fi t s m a t e r i a l ，s i z e ，a n ds h a p ea sw e l la st h es u r r o u n d i n gd i e l e c t r i cm e d i a ，w h i c ho f f e r s f l e x i b l em e a n st om o d u l a t ea n dc o n t r o lm o l e c u l a rf l u o r e s c e n c e i no r d e rt o g a i n i n s i g h t si n t om o l e c u l a ro p t i c a lt r a n s i t i o n sa n dr e l a t e de n e r g yt r a n s f e rp r o c e s s e s ，i ti s c r u c i a lt og e n e r a t em o l e c u l a rs p e c i f i cp h o t o ns i g n a l s ，a n dt ot h a te n d ，ad e c o u p l i n g s t r u c t u r es h o u l db eu s e dt oa v o i dt h ef l u o r e s c e n c eq u e n c h i n gc a u s e db yt h en e a r b y m e t a l l i cn a n o s t r u c t u r e s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w ef i r s ti n v e s t i g a t e dt u n n e l i n ge l e c t r o n i n d u c e dm o l e c u l a rf l u o r e s c e n c ei nas c a n n i n gt u n n e l i n gm i c r o s c o p e ( s t m ) j u n c t i o n n a n o c a v i t y , a n dt h e ne x t e n d e dt h ef r e q u e n c yt u n i n go b t a i n e di ns t mi n d u c e d l u m i n e s c e n c e ( s t m l ) t om o r eg e n e r a ls i t u a t i o n so fm o l e c u l a rp h o t o l u m i n e s c e n c e ( p l ) n e a rm e t a l l i cn a n o - c a v i t i e s t h r o u g hs u r f a c ep l a s m o nr e s o n a n c ee x c i t a t i o n ， s p e c i a lf l u o r e s c e n c ei sg e n e r a t e df r o mh i g he x c i t e ds t a t e so fp o r p h y r i nm o l e c u l e s t h i sw o r kp r o v i d e s i m p o r t a n ti n f o r m a t i o no nt h ec o u p l i n ga n di n t e r c o n v e r s i o n m e c h a n i s ma m o n ge l e c t r o n s ，e x c i t o n s ，p l a s m o n s ，a n dp h o t o n s ，w h i c hm a yp a v et h e w a yf o rt h ed e v e l o p m e n to fn a n o s c a l em o l e c u l a ro p t o e l e c t r o n i cd e v i c e s t h i s d i s s e r t a t i o ni sm a i n l yc o m p o s e do ft h ef o l l o w i n gf o u rc h a p t e r s i nc h a p t e ro n e ，w es t a r tw i t hab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h e d e f i n i t i o n ，c h a r a c t e r i z a t i o n s ， a n da p p l i c a t i o n so fs u r f a c ep l a s m o n s a sam a j o r t e c h n i q u ei nt h i sw o r kt oe x p l o r et h e i n t e r p l a yb e t w e e nm o l e c u l e s a n d s u r f a c e p l a s m o n s ，ar e l a t i v ec o m p r e h e n s i v e i n t r o d u c t i o ni s p r e s e n t e d o ns t m lr e s e a r c h ，f r o m e x p e r i m e n t a ls e t u p a n d m e a s u r e m e n t s ，t ot h eh i g h l i g h t e ds t m lr e s e a r c ho nm e t a l s ，s e m i c o n d u c t o r s ，a n d o r g a n i cm o l e c u l e s a tt h ee n do ft h ec h a p t e gt h es t m le x p e r i m e n t a li n s t r u m e n t si n o u rl a ba r eb r i e f l yi n t r o d u c e d i nc h a p t e rt w o ，t h em o d u l a t i o ne f f e c to fa d s o r b e dm o l e c u l e so nn a n o c a v i t ys u r f a c e i i i a b s t r a c t p l a s m o n ( n s p ) e m i s s i o n si ns t mj u n c t i o n sw e r ei n v e s t i g a t e dt h r o u g hs i n g l e m o l e c u l a rm a n i p u l a t i o n t u n n e l i n ge l e c t r o ne x c i t e dl u m i n e s c e n c es p e c t r ai n d i c a t ea n o v e r a l ls u p p r e s s i o no fn s pe m i s s i o n sw h e na l li n t a c to re x c i s e dc o o e pm o l e c u l ei s i n s e r t e di n t ot h ej u n c t i o n h o w e v e r , t h en s pe m i s s i o n sf o rt h ee x c i s e dm o l e c u l ea r e f o u n dt ob es t r o n g e rt h a nt h a to ft h ei n t a c tm o l e c u l e ，s o m e w h a tu n e x p e c t e df o ra s l i g h t l yl a r g e rm o l e c u l e s u b s t r a t es e p a r a t i o n w ea t t r i b u t es u c he n h a n c e m e n tt oa c o m p e t i n gr e s u l to ft h r e ed i f f e r e n tk i n d so fr o l e st h a ta na d s o r b e dm o l e c u l ec a np l a y i nn s pe m i s s i o n s ：ag e o m e t r i cd i e l e c t r i cs p a c e la ne n e r g yd i s s i p a t e r , a n da d y n a m i c d i p o l eo s c i l l a t o r t h en s p e m i s s i o ns p e c t r a li n t e n s i t yv a r i e si nt h ed i f f e r e n tp a r to fa n e x c i s e dc o o e p , d u et od i f f e r e n tl o c a le n v i r o n m e n t ，w h i c hs u g g e s t st h ep o t e n t i a lo f n s p em a p p i n gt or e v e a lt h ef i n es t r u c t u r e si n s i d ea na d s o r b e dm o l e c u l e i nc h a p t e rt h r e e ，w es t u d i e dt h ee l e c t r o l u m i n e s c e n c ep r o p e r t i e so fz np o r p h y r i n m o l e c u l e s ( z n t p pa n dz n t b p p ) a d s o r b e do nt h eu l t r a t h i na 1 2 0 3d e c o u p l i n gl a y e r g r o w no nt h en i a is u r f a c e c o m b i n e dw i t hs t s ，w ef i n dt h a tt h en e u t r a lm o l e c u l a r f l u o r e s c e n c ec o u l dn o tb eg e n e r a t e df r o mt h ez np o r p h y r i n sd i r e c t l ya d s o r b e do n a l u m i n a ，d u et os t r o n gh y b r i d i z a t i o nb e t w e e nt h em o l e c u l e sa n dn i a ls u b s t r a t e t h r o u g hf u r t h e rd e c o u p l i n go ft h ef i r s tl a y e ro fz np o r p h y r i n so na l u m i n a ，n e u t r a l m o l e c u l a rf l u o r e s c e n c ei so b s e r v e do nt h es e c o n dl a y e ro fp o r p h y r i nm o l e c u l a r c l u s t e r s h o t - l u m i n e s c e n c ea n du p - c o n v e r s i o nf l u o r e s c e n c ea r ea l s og e n e r a t e dt h r o u g h t h em o d u l a t i o no fs u r f a c ep l a s m o nr e s o n a n c em o d e si ns t mn a n o - j u n c t i o n ( o r , n s p r e s o n a n c e ) t h e s eo b s e r v a t i o n s ， c o m b i n e dw i t ho u r p r e v i o u s s t u d i e so n e l e c t r o l u m i n e s c e n c eo ft p pm u l t i - l a y e r so nm e t a l s ，l e a du st os p e c u l a t et h et h r e e m a j o rr o l eo fn s pr e s o n a n c ei n m o l e c u l a rf l u o r e s c e n c ef r o m n a n o c a v i t e s ：1 ) e x c i t a t i o ne n h a n c e m e n to nc e r t a i ne n e r g y m a t c h i n go p t i c a lt r a n s i t i o n s ，2 ) e m i s s i o n e n h a n c e m e n tt h r o u g ht h ei n c r e a s eo ft h er a d i a t i v ed e c a yr a t e ，a n d3 ) s e l e c t i o no f p h o t o n i cm o d e st h a tc a nb ec o u p l e dt of a r - f i e l d i nc h a p t e rf o u r , w ee x t e n do u rf r e q u e n c y - t u n i n gr e s e a r c ho fm o l e c u l a rf l u o r e s c e n c e f r o ms t m lt om o l e c u l a rp h o t o l u m i n e s c e n c e ( p l ) n e a rm e t a l l i cn a n o c a v i t i e s t h e n s pr e s o n a n c ei ns t mj u n c t i o n si sd i f f i c u l tt oc o n t r o ld u et ot h el a c ko fa “c o n t r o l l e d ”s t mt i p i nt h i sc h a p t e r , b o t hm e t a l l i ct h i nf i l m so fn o b l em e t a l s ( a u ， a g ) a n d “a r r a y s ”o fm e t a l l i cn a n o p a r t i c l e so ns is u b s t r a t e sa r ef a b r i c a t e d ，w i t h d e s i r e ds u r f a c ep l a s m o nr e s o n a n c em o d e s t h r o u g hm u t u a ir e s o n a n c ee x c i t a t i o n i v b e t w e e na d s o r b e dp o r p h y r i nm o l e c u l e sa n ds u r f a c ep l a s m o n s i nn a n o - c a v i t e s ，t h e e x c i t a t i o n ra _ t e s o ft h e s p e c i a lo p t i c a l t r a n s i t i o n s a r e g r e a t l y i n c r e a s e d h o t 1 啪i n e s c e n c e ，u s u a l l y u n o b s e r v a b l ei nn o r m a ls p e c t r a lm e a s u r e m e n t s ，a r e g e n e r a i e da n dd e t e o t e d ，e x t e n d i n gt h ef r e q u e n c yt u n i n gr a n g e o fp 。r p h y r i nm o l e c u l e s f r o mt h en o r m a lr e dt og r e e nr e g i m e k e y w o r d s ：s u r f a c ep l a s m o n s ，l l a n o c a v i t y s u r f a c ep l a s m o n s ，s t m - i n d u c e d l u m i n e s c e n c e ，e n h a n c e d f l u o r e s c e n c e ，r e s o n a n c e f l u o r e s c e n c e ，p o r p h y r i n ，h o t l u m i n e s c e n c e ，u p c o n v e r s i o n ，s i n g l em o l e c u l a r e l e c t r o l u m i n e s c e n c e ，p l a s m o n i c s v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 表面等离激元光子学的简介1 1 1 1 概述l 1 1 2 表面等离激元简介3 1 1 3 表面等离激元光子学的主要应用7 1 2s t m 诱导发光研究简介9 1 2 1s t m 的概述9 1 2 2s t m 诱导发光的概述1 3 1 2 3s t m 诱导发光的实验设备1 4 1 2 3 1 光子收集系统1 5 1 2 3 2 常用的光子探测系统1 6 1 2 3 3 光学测量模式1 6 1 2 4s tm 诱导发光的三个主要研究方向l7 1 2 4 1 金属表面的s t m 诱导发光研究1 7 1 2 4 2 半导体表面的s t m 诱导发光研究2 0 1 2 4 3 荧光分子的s t m 诱导发光研究2 1 1 3 实验仪器介绍2 5 1 4 本论文的主要研究工作2 7 参考文献2 8 第二章分子对s t m 隧道结纳腔等离激元发光的调制作用3 l 2 1 研究背景介绍3 1 2 1 1 分子对隧道结纳腔等离激元发光影响的研究3 1 2 1 2g t m 操纵的几种模式3 3 v i 目录 2 2 样品制备3 4 2 3c o o e p 分子在a u ( 1 1 1 ) 表面上的吸附3 6 2 4c 0 0 e p 分子的操纵过程3 7 2 5 单个c 0 0 e p 分子操纵前后的探针诱导纳腔等离激元发光研究3 8 2 6 局域环境对纳腔等离激元发光的影响4 4 2 7 本章小结与展望4 6 参考文献4 7 第三章s t m 诱导薄膜氧化铝表面上的z n 卟啉分子发光4 9 3 1 研究背景介绍4 9 3 2 实验样品制备5 0 3 2 1n i a i 上氧化铝薄膜的制备5 0 3 2 2 实验所用的z n t p p 与z n t b p p 分子5 3 3 2 3 分子蒸发5 3 3 2 4 扫描探针的处理5 5 3 3z n t p p 分子的s t m 诱导发光研究5 7 3 4z n t b p p 分子的s t m 诱导发光研究6 0 3 4 1 脱耦合作用与中性分子荧光的实现6 0 3 4 2s t m 纳腔等离激元对分子荧光的作用6 4 3 4 2 1 分子荧光与纳腔等离激元模式的耦合6 4 3 4 2 2 分子团簇上的能量上转换发光6 5 3 5 本章小结与展望6 7 参考文献6 8 第四章利用金银贵金属纳米结构实现卟啉分子的特殊荧光6 9 4 1 研究背景介绍6 9 4 1 1 分子发光与k a s h a 规则6 9 4 1 2z n t p p 与t p p 分子简介7 1 4 1 3 金属纳米结构对荧光分子的荧光增强7 2 4 1 4 针对分子特殊荧光的纳腔等离激元调制初步工作7 5 4 1 4 ，l 调节隧道结等离激元发光峰位，期望获得分子a z u l e n e 反常荧光7 5 v l l 目录 4 1 4 2 将纳米颗粒“粘”扫描探针上，期望捩得分子热荧光7 8 4 2 实验介绍81 4 2 1 硅片衬底上的金银纳米颗粒膜的制备8 1 4 2 2 硅片衬底上金银纳米颗粒“阵列”的制各8 3 4 2 2 1 金银纳米颗粒的制备8 3 4 2 2 2 金银纳米颗粒在s i 片的分散与“阵列”的制备8 3 4 2 3 卟啉分子的蒸发8 5 4 2 4 测量光路与仪器8 6 4 3z n t p p 分子与t p p 分子的热荧光8 7 4 4z n t p p 分子与t p p 分子的a z u l e n e 反常荧光的尝试测量9 0 4 5 荧光寿命分析9 2 4 6 共振激发机制的讨论9 4 4 7 本章小结与展望9 6 参考文献9 7 发表和待发表论文目录9 9 致谢1 0 1 第一章绪论 第一章绪论弟一早瑁下匕 1 1 表面等离激元光子学的简介 1 1 1 概述 如何理解光与物质的相互作用，进而实现对光的控制，一直以来都是人们梦 寐追逐的目标，也是科技领域中至关重要的课题。纳米尺度下，金属结构界面处 近自由电子的集体振荡与电磁波的耦合，为实现对光的控制提供了一条途径。表 面等离激元光子学，作为纳米光学的一个重要分支，孕育而生并迅速发展。 最早的关于表面等离激元的研究始于1 9 0 2 年，r w w o o d 研究金属光栅的横 磁偏振反射光谱实验中，观测到的一系列明暗条纹，且p w o o d 反常1 。近4 0 年之 后，f a n o 才在1 9 4 1 年利用金属与空气界面处的表面等离激元被激发对w o o d 反常 进行了解释2 。高能量的电子通过金属薄膜时，不仅仅在等离激元频率处有能量 损失，在能量更低处也会损失能量，r i t c h i e 提出这与金属薄膜的界面性质有关3 。 p o w e l l 和s w a n 从实验上对r i t c h i e 的理论进行了验证4 。在1 9 6 0 年，s t r e n 和f a r r e l l 首次提出了表面等离激元( s u r f a c ep l a s m o n ) 这- - 概念5 。 近年来，随着表面增强拉曼、表面增强荧光、等离激元传感器、纳米尺度光 波导、超材料等研究的开展，表面等离激元光子学蓬勃发展，并迅速向生物学， 材料学等学科渗透并与之交叉。 急 笑 - c 矗 蓦 葛 皇 d & 一 u 图1 1 自1 9 8 7 年以来，在w e b o f s c i e n c e 中，以“s u r f a c e p l a s m o n ”为主题论文数目走势图。 第一章绪论 表1 12 0 0 0 年之后的发表的论文中，被引用次数最高的文章列表。( 来源：s c i 检索，检索 条件：“s u r f a c ep l a s m o n ”为主题，检索时问：2 0 1 0 年4 月2 8 日) 作者论文名，期刊，卷数，页数，发表年被引用次数 b a r n e s ，w l ；d e r e u x ，s u r f a c ep l a s m o ns u b w a v e l e n g t ho p t i c s ”， 1 8 4 9 a ：e b b e s e n ，t w n a t u r e ，4 2 4 ，8 2 4 ( 2 0 0 3 ) k e l l y , k l ；c o r o n a d o ， t h eo p t i c a lp r o p e r t i e so fm e t a ln a n o p a r t i c l e s ：1 3 1 7 e ；z h a o ，l l ，e ta 1 t h ei n f l u e n c e o fs i z e ，s h a p e ，a n dd i e l e c t r i c e n v i r o n m e n t ”，j o u r n a lo fp h y s i c a lc h e m i s t r yb ， 10 7 ，6 6 8 ( 2 0 0 3 ) n i e m e y e r , c m n a n o p a r t i c l e s ，p r o t e i n s ，a n d n u c l e i ca c i d s ：l 1 0 6 b i o t e c h n o l o g y m e e t sm a t e r i a l s s c i e n c e ”， a n g e w a n d t ec h e m i ci n t e r n a t i o n a l e d i t i o n ， 4 0 ，4 1 2 8 ( 2 0 0 1 ) r o s i ，n l ；m i r k i n ，c a“n a n o s t r u e t u r e si nb i o d i a g n o s t i c s ”，c h e m i c a l 9 8 4 r e v i e w s ，1 0 5 ，1 5 4 7 e l - s a y e d ，m a s o m ei n t e r e s t i n gp r o p e r t i e so fm e t a l sc o n f i n e d8 5 6 i nt i m ea n dn a n o m e t e r s p a c e o fd i f f e r e n t s h a p e s ”，a c c o u n t so fc h e m i c a lr e s e a r c h ， 3 4 ，2 5 7 ( 2 0 01 ) k a t z ，e ；w i l l n e r , i “i n t e g r a t e dn a n o p a r t i e l e - b i o m o l e c u l eh y b r i d 7 4 6 s y s t e m s ：s y n t h e s i s ，p r o p e r t i e s ， a n d a p p l i c a t i o n s ”，a n g e w a n d t e c h e m i c i n t e r n a t i o n a le d i t i o n ，4 3 ，6 0 4 2 ( 2 0 0 4 ) w h i t e s i d e s ，g m ； “s o f tl i t h o g r a p h yi nb i o l o g ya n db i o c h e m i s t r y ”，7 l o o s t u n i ，e ；t a k a y a m a ， a n n u a lr e v i e wo fb i o m e d i c a l e n g i n e e r i n g ， s ，e ta 1 3 ，3 3 5 ( 2 0 0 1 ) m a i e r , s a ；k i k ，p g ； “l o c a ld e t e c t i o n o fe l e c t r o m a g n e t i ce n e r g y6 9 7 a t w a t e r , h a ，e ta 1 t r a n s p o r tb e l o wt h ed i f f r a c t i o nl i m i ti nm e t a l n a n o p a r t i c l ep l a s m o nw a v e g u i d e s ”，n a t u r e m a t e r i a l s ，2 ，2 2 9 ，( 2 0 0 3 ) m a r t i n - m o r e n o ，l ； “t h e o r yo fe x t r a o r d i n a r yo p t i c a lt r a n s m i s s i o n 6 7 8 2 第一牵绪论 g a r c i a - v i d a l ，f j ； t h r o u g hs u b w a v e l e n g t hh o l ea r r a y s ”，p h y s i c a l l e z e c ，h j ，e ta 1 r e v i e wl e t t e r s ，8 6 ，1 11 4 ( 2 0 0 1 ) h a y n e s ，c l ；v a nn a n o s p h e r el i t h o g r a p h y ： av e r s a t i l e6 4 l d u y n e ，r p n a n o f a b r i c a t i o nt o o l f o r s t u d i e s 0 1 s i z e d e p e n d e n tn a n o p a r t i c l eo p t i c s ”，j o u r n a lo l p h y s i c a lc h e m i s t r yb ，1 0 5 ，5 5 9 9 ( 2 0 0 1 ) 表面等离激元光子学的研究主要分为两大块鲫：高度局域在纳米结构中的局 域表面等离激元( 1 0 c a l i z e ds u r f a c ep l a s m o n s ，l s p ) 以及沿金属介电物界面传播的 表面等离极化激元( s u r f a c ep l a s m o np o l a r i t o n s ，s p p ) 。 表1 1 列出了在2 0 0 0 年后发表的表面等离激元光子学领域中，被引用次数 排名前十的研究论文。从表中，我们看到表面等离激元光子学的很大一部分研究 集中在利用局域的表面等离激元，来增强荧光、拉曼、二次谐波等过程的转化效 率，提高对各种体系的分析检测能力上。 随着当今微纳加工