文/慧心引力佳

编辑/慧心引力佳

因为对于任何物质，由于其结构，材料与电磁场的相互作用或强或弱，因此，通过调整材料的介电常数和磁导率，可以在近场中设计电磁响应。

在金属中，超级透镜是通过减小金属的厚度来设计的控制波纹骨的大小。

这种大小与传导电子的平均自由程有关，提供与导电介质的边界对比，从而将效果限制在界面上，绝缘材料的使用。

最终的厚度限制出现在石墨烯中，石墨烯是一种具有非常有趣的光电性质的半金属石墨的原子薄片。

该材料立即被用于电子和纳米光子器件的制造，与金属或半导体不同，它拥有一个蜂蜜梳状晶格，允许精细电子比传统半导体材料移动得更快。

带间跃迁可以通过外部场进行调谐，因此可以用来提供原子厚表面中所包含的光学吸收的电子可调谐性。因此，它的电子通道结构可用于局部修改介质间的界面或仅修改表面。

通过CVD方法和后处理技术，它可以将其放置在几乎任何基底中。硅和石英衬底是可行的材料，因此将光子互连器集成到微处理器上，即CMOS集成硅纳米光子技术的所谓“高速光电路时代”。

总之，纳米光子学是一个非常广泛的领域，其应用涵盖了光在近场中与物质相互作用的所有知识领域。我们能够裁剪光的交互作用如果我们改变纳米结构的几何结构和电子结构来相互作用。

随着厚度的减小，得到了不同的响应，如薄金属的负不稳定性，导致表面等离子体激元。介电材料用于提供限制的对比 因此，有可能让它们变薄（事实上更好，因为仍然金属ALD不是无处不在）。

由金属介电界面的交替组成的多层系统允许通过电磁模式的定位来进行有效的响应设计，只要所使用的空间仍然很小 比入射光的小波值要小，设计很像滤波器或LCR电路，但用于透射或反射。

反应的组合被用来补偿效果或重现其他新颖的效果。在我们的例子中，与光激发或反之相关的电子传递是有趣的。

此外，我们感兴趣的是随着层厚度的修改而的响应变化。

首先，因为我们可以做出更有效或更不同的超材料，来操纵光。较薄的超材料原则上对于较小的小波应该在同样的规则下工作。

其次，为了控制电子约束和光学响应，从而可以操纵传播光模式的有效响应，以获得在传输过程中的特征行为 发射的光或它们形成的表面或界面的相关电子态。

为此，我们回顾了金属、电介质、半金属和不同的组合，即合金的晶体形式，以最佳地表达金属导电特性。

从厚（3D）到薄（2D）的电子代表了一个巨大的变化与惊人的物理和应用，通过仔细的工程设计电气系统来实现光的最佳传播和定位表面的电子和几何结构。

等离子体是纳米光子学的一个主要领域，它是基于电磁波和在金属界面或几何结构上的传导电子之间的相互作用，大小与入射光波长的顺序或更小。

由于光受到衍射的限制，金属纳米结构提供的亚波长限制开辟了一个广泛的研究领域，首先，对于已经使用了光但可以使用光的应用程序 优化了光波长尺寸和光子学的情况。

不仅由于表面存在的内在限制，它在大多数应用中取代电子学。

第二，在小粒子中，等离子体有其他应用，如癌症研究，只要光在这些金属纳米粒子中增强。

该场被划分为许多区域，但通常通过使用几何边界条件下提出的电磁问题的两个解和可用的“自由”电子来连接起来。

电子海由金属表面和半导体表面提供，这些表面通过使用电介质提供界面进行对比，否则要么耗散性更强或导电性更低 介质只会导致较那么有效的界面结果。

现在我们认为这个界面是边界上电子空间分布的鲜明对比变化，被极化的波激发，使电场激发振荡 在电子密度中，它是表面波传播问题的解之一，称为表面等离子体极化子。

由于高频和空间限制，其主要应用于光通信领域。

事实上，等离子体波导是这两种表达式中最好的，比电极快 电子波，但比光波慢。

然而，由于等离子体波由大块介质的金属表面组成，因此在通道内更容易断裂，而这在原则上可以更坚硬，薄的表面等离子体激元也可以通过隧穿电子来耦合。

另一种电磁解是用来描述我们所说的局域表面等离子体，它是非传播性质的 主要用于等离子体光学成像和图形应用。

综上所知，在次小波空间中限制能量是可能的，在以大多数超材料为基础的解中也是如此在次小波系统中使用耦合等离子体效应来获得有效的设计响应。

纳米光子如何改变人们的生活

就我们所知，金属介电界面通常被用于捕获离子的量子信息的目的。

通过对其所显示的荧光的光谱研究，我们可以研究作为与相互作用的耗散和加热的解相干过程结果所获得的额外能量。

表面电极微阱是线性保罗阱的可扩展版本，通过使用可用的微和纳米制造方法生产。

然而，表面附近的噪声，特别是来自表面的电场噪声已经被认为会导致被捕获离子的运动模式的异常加热。

在这里，声子被用于与离子的相互作用，通过测量离子加热率来测量捕获表面的质量。

在其他表面分析工具的补充下，提取了离子-表面相互作用的完整图像来研究清洗陷阱的表面处理方法。

由于离子对表面超敏感，它可以用来检测某些表面特性，就像它是另一种表面科学工具一样。

在本章中，我们介绍了材料表面结构背后的基础信息，特别是金属和电介质，我们也回顾了相关的退相干表面电极微阱的各个方面。

为了具体介绍每个感兴趣的领域，我们回顾了来自少数参考文献和合并领域的关键概念。

这不是一个独特的流动，因为时间相关的机制可能一直保留到最后，然而，因为等离子体透镜涉及到，需要时间敏感的信号离子相互作用在第五章中，我们坚持以下结构，我们首先描述纳米光子学的领域。

纳米光子学

提出了金属和电介质的光学性质来支持等离子体领域，这是纳米光子学的最大面积，因为高频电磁波需要缩小特征尺寸传播。

我们引入了表面等离子体极化子和局域等离子体共振来证明等离子体的前景。

介绍了活性等离子体在表面等离子体观察中的应用 受激射对于创建一个真正的表面等离子体受激射器件能够在纳米尺度平台上发射相干表面等离子体激元非常重要。

然后，我们描述了当入射光的波长大于材料厚度提供的波纹时，如何设计每层的类原子行为。

我们描述了其各自在超材料中的应用，即设计的亚波长层间空间耦合，以获得与光相互作用时的有效材料响应。

在回顾了等离子体和超材料之后，作为与新型工程三维系统的光相互作用，我们重点关注单层材料，特别是石墨烯作为第一个构想的二维表达的物质。

我们介绍了它的迷人的特点和重要的后果在光学系统作为一个原子厚的材料。

离子捕获研究背后的表面科学最后是为了包裹在我们的研究工作中使用表面，现在与点粒子原子系统相互作用。

为此，我们介绍使用的光谱方法的表面结构和量子振动模式描述加热率。

光谱

到目前为止，光的应用是广泛的，几乎用于我们周围的所有解决方案；要么作为激发响应的源，改变系统的条件，探针状态演化，通过光刻过程，交流信息，或有效地从太阳中获取能量。

应用程序开始改变人们的生活，而且毫无疑问会继续这样做，因为我们将更深层次地提高对光物质相互作用的理解。

纳米光子学是研究纳米尺度下光行为的领域。为了达到我们的目的，相关的现象存在于电磁场的紫外光（UV）、可见光（VIS）和红外线（IR）区域 电子光谱，大致相当于大约300到1700纳米的波长。

在空间领域，它对应于目前微纳米制造方法所允许的可行分辨率范围。对于更大的波长，它实际上允许我们制造光物质在深亚波长尺度上的误差。

纳米光学领域的新技术，如表面等离子体光学，改变了我们理解材料表面光-物质相互作用的方式。

具体来说，金属或石墨等材料的厚度减少，在这种情况下进行研究时，会有有趣的结果。

此外，通过裁剪和耦合不同的动态系统和调整几何，可以制造具有设计光学响应的人工工程材料由亚波长结构块和与时间相关的扰动提供的时间或电子结构。

光与纳米结构的相互作用可以用来将电磁场限制在这种结构的光学近场中。电磁场适应地形边界条件。

光学近场可以看作是一个表面束缚光振荡，它取决于小于入射光波长的长度尺度，由于现场适应了该结构，所以开始生产 这是超过衍射极限的更高的空间分辨率。

随着尺寸的减小，外部尺寸效应，出现了新的光学特性。然而，要完全定义材料对入射光的光学响应，其固有的电子性质 也必须被定义。

我们也可以因为尺寸缩小而改变这种特性，就像半导体纳米结构和金属一样。

这样一来，量子力学波函数的约束就失效了生成可用的。

微波与共振对传导的影响

在自然界中，金属中自由电子的高密度降低了电子能级间距，因此在室温下的热激发允许使用经典电磁学来描述等离子体。

某些等离子体构型确实表现出量子行为，即量子等离子体，用于在深亚波线尺度上定制表面等离子体和单量子系统之间的强耦合空间和时间上的相互作用。

等离子体电路可能允许量子信息传输可行地与纳米级半导体器件集成，如果在原则上损耗，这是量子性质与加热和耗散效应有关，表面等离子体激元的量子过程已被发现很困难，但并非不可能观察到。

对于感兴趣的频率，紫外、NIR、红外，在求解麦克斯韦方程时，金属中的场渗透是支持良好的导体近似验证的作用因素。

对于低频，直到电磁波谱的可见部分，波都不会通过金属传播。

在微波和远红外区域的波导和谐振器是基于可忽略的穿透金属而制造的，良好的导体近似仍然有效。

高频时，N 红外和VIS增加的场穿透导致了能量耗散的增加。在紫外线中，大多数金属允许电磁波的传播，不包括具有贵金属长带间跃迁导致强吸收。

碱金属由于几乎自由电子的响应而表现出紫外透明。

色散性质用复介电介质来描述强频率依赖性被理解为关于电子弛豫时间的激发场的诱导电流的相位变化的结果。

由于场的平均距离比微观结构大得多，介质内带电粒子和电磁粒子之间的微观基本相互作用迅速变化没有被考虑到相对介电常数（介电函数）与金属表面的电导率之间的关系用介电响应等式来描述。

在传播损失和空间限制之间存在一种权衡，因此，通常报道两种波导，一种是介质介质中的金属薄膜，另一种是具有高强度的纳米粒子/线波导高强度的受限模式和更短的传播长度。

传播损耗归因于金属，因此模的约束越高，由于模离金属更近的衰减增加与欧姆加热有关的表面相互作用。

局域表面等离子体激元是第二个基本激发，被理解为金属纳米结构的传导电子耦合入射电磁的非传播模式 田地这些表面模是亚波长大小的振荡电磁场中粒子散射问题的解。

被驱动的电子通过一个有效的恢复力量。共振导致粒子内外近场的放大。

纳米粒子作为一个电偶极子，共振吸收和散射电子磁场。

这种共振被称为局域表面等离子体共振，或局域等离子体共振，它可以被直接照明激发，而不是其中的传播模式，匹配是必需的。

这种共振是金属纳米粒子光学应用的基础。这种偶极粒子等离子体共振仅适用于10nnm以下的粒子和电磁辐射光谱的红外区域。

纳米颗粒与电磁场的相互作用通常在准静态近似下处理，前提是粒子的大小小于驱动场的波长对于较大尺寸的粒子，使用理论处理驱动场和响应场的相变，一阶修正的存在，并通常被使用。

等离子体共振被两个相互竞争的过程抑制，一个是辐射衰变为光子，在较大的粒子中很重要，另一个是吸收的非辐射过程，产生电子对通过带内跃迁（在导带内）或带间跃迁。

等离子体共振的均匀线宽与通过引入退相而引起的内部阻尼过程有关时间，类似于介电谐振器，如等离子体共振的强度是通过使用一个质量因子Q，根据谐振能量给出。

相干激发失相由于能量衰减或散射事件改变电子动量。参考研究这种去相时间，并将其与描述这两种烯的种群弛豫时间或衰减时间联系起来损耗过程（辐射和非辐射），加上纯弹性碰撞的退相时间后果。

对于贵金属纳米颗粒，退相时间在 5,10fs范围内。 共振频率的变化是通过改变几何形状和尺寸来设计的。

局域等离子体共振之间的耦合由于局域共振之间的电磁相互作用而改变了有效响应化模式。

由于相互作用近似于偶极性质，粒子的集合被看作是一个相互作用的偶极子系统。

粒子间结是电场增强的热点。散射如果粒子被填充，使场在间隙位置高度定位，Ng就会减少。等离子体孔是由电磁偶极子共振维持的空洞等离子体纳米颗粒。

为此，对于小于1nm的粒子，量子效应可能会开始，这取决于电子的数量，每个入射光子的单个电子所获得的能量可以进行显著的比较，这个问题变成了一个多粒子问题，不再是一个相干电子振荡。

引用文献：

[1]几种激光诱导击穿光谱技术的改进方法

[2]等离子体光栅诱导击穿光谱检测土壤重金属元素

[3]飞秒激光诱导击穿光谱对地质样品中Si和Al定量分析方法

[4]飞秒细丝-纳秒激光诱导击穿光谱技术对土壤重金属Pb元素检测

[5]激光诱导击穿光谱技术检测铀材料中微量杂质元素