The Enhancement of Spontaneous Emission by the Surface Plasmon Resonance of Metallic Nanostructures

本研究為三年期的計畫(96年/8月-99年/7月)，目的為探討金屬奈米結構，在入射光照射下，所產生的表面電漿子共振，對於附近的分子的螢光放射或是量子點的光致發光究竟為加強作用或是退火作用。數值模擬方面：發展以表面積分方程式為理論基礎，以求解Maxwell方程式，研究三維多顆金屬奈米散射體的近域與遠場光學特性，特定是針對具有表面電漿子共振藕合效應的奈米結構做分析研究，例如球形雙子(dimer)結構、線形奈米天線(linear nanoantenna)結構、蝴蝶結形奈米天線(bowtie nanoantenna)結構及對稱形奈米透鏡(symmetric nanolens)結構等。如果分子置於間隙(gap)處，當受到入射光照射時，由於這些結構的間隙模態會提供極強的電場強度以激發分子。一旦分子變成受激態，又會因這些結構的高視量子效率，而易對外輻射螢光。所以我們將仔細地這些金屬奈米結構研究間隙處的電場放大率K及它們造成電偶極子輻射的視量子效率。此外並分析核殼金屬奈米粒子及核殼雙子結構。實驗方面：以單光子(one photon)及雙光子(two photons)激發，研究金、銀球形奈米粒子對特定染料分子(或量子點)的螢光增強或退火作用，由於不同分子(e.g. CY3, CY5)具有不同的吸收與放射光譜，故選擇不同染料分子，研究分子吸收光譜與金屬奈米結構表面電漿子共振的近場放大作用之關聯，以及分子放射光譜與金屬奈米結構的視量子效率之關聯。並且利用電化學法所製作不同細長比(aspect ratio)的金奈米桿，藉由不同細長比，我們可以調整表面電漿子共振的頻率範圍，然後在雷射掃瞄共軛焦顯微鏡下，研究不同細長比的金奈米桿對特定染料分子的螢光增強或退火作用。此外製作核殼金屬奈米粒子，在金、銀球形奈米粒子外面包覆一層介電材料(SiO2)做為隔離物。再在外層包覆一層內含染料分子的氧化矽，利用內層氧化矽的厚度以調整染料分子與金屬奈米粒子表面的距離，研究核殼金奈米粒子對特定染料分子的增強或退火作用。

Project ID:PB9609-4094
External Project ID:NSC96-2221-E182-021