中空金属纳米球等离激元以及表面等离激元模式研究

　　目前，可以采用多种方法来制备半导体以及金属中空纳米球结构，并且纳米小球的半径和球壳的厚度也可以精确控制。

　　近年来，这种结构被广泛地应用于太赫兹等离激元器件中。因此，对于这种新型纳米材料的电子子能带结构以及电子集体激发过程的研究就显得尤为重要。

　　在本文中，理论研究了中空金纳米小球的电子子能带结构以及等离激元和表面等离激元模式。利用硬壳球近似的方法，通过求解薛定谔方程得到了样品的本征值以及本征函数。发现，当纳米小球的外半径r2﹥100 nm 时，不同的“l”态是接近简并的。此时，能量谱主要由量子数“n”来决定。此外，电子子带能量主要依赖于小球壳层的厚度而外半径大小的影响较小。利用无归相近似(RPA)近似方法，计算了纳米小球结构的等离激元以及表面等离激元模式。

　　发现，等离激元以及表面等离激元的激发都可以通过带间电子跃迁通道来实现。等离激元以及表面等离激元振荡都表现为两种分支同时具有以下特征：

　　(1)等离激元高频分支的频率比表面等离激元模式频率稍高;

　　(2)这些模式的振荡频率都在太赫兹波段;

　　(3)振荡频率和纳米小球的大小以及球壳的厚度密切相关。

　　研究结果表明，中空金纳米小球结构作为一种太赫兹等离激元材料可以被应用到频率可调的太赫兹光电器件中。