納米核殼材料的優化設計

本書主要研究金屬、介質、石墨烯材料構成的核殼結構和電磁波的相互作用，利用結構獨特的等離激元和Mie散射的特性，通過優化結構設計以達到對光的操控，重點研究了多重Fano共振、定向散射和石墨烯吸收增強現象。全書共5章。第1章緒論，主要介紹表面等離激元共振、核殼結構的Mie散射理論和石墨烯材料的光電性質；第2章核殼結構中的多重Fano共振現象，介紹由同階電磁模式相互作用引發的非傳統的Fano特性；第3章金屬-電介質核殼結構中的定向散射現象，主要介紹利用銀和折射率只有2.0的電介質構成的核殼結構，通過前兩階不等振幅電磁模式的相互作用，實現背向或前向散射的壓制；第4章基于核殼結構中Fano共振的石墨烯吸收增強，主要利用核殼結構中非傳統Fano共振來增強石墨烯在可見光波段的吸收；第5章基于石墨烯雙曲色散腔中回音廊共振的納米激光器，主要介紹多層石墨烯/介質球形雙曲色散腔中的回音廊模式特性及其在深度亞波長、低閾值納米激光器中的應用。 本書內容涉及納米材料、光學、生命科學、光電子學等多個學科和領域的交叉，因此可供增強光吸收的光伏相關領域的研究人員，表面等離激元、Mie散射理論和應用研究人員，以及生命科學和透明顯示等領域的研究人員參考。 本書由鄭州航空工業管理學院的李艷擔任主編，由鄭州航空工業管理學院的王玉梅、鐘發成擔任副主編。另外，鄭州航空工業管理學院的郭曉琴、袁慶新，碩士生譚茜文、褚博也參與了本書的編寫和修改。具體分工如下：王玉梅編寫了第1章，并負責稿件修改和校正；李艷編寫了第2～4章；鐘發成編寫了第5章，并負責稿件修改和校正；郭曉琴、袁慶新、譚茜文、褚博主要負責本書圖片的制作等工作。 編者 2021年12月

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李艷，鄭州航空工業管理學院副教授，在表面等離激元、Mie散射、納米材料制備與控制等研究領域已經開展了多年的工作，主持了國家自然科學基金，航空基金以及省級項目，做出了多項有特色的研究成果，這些成果先后發表在國內外多種高水平刊物上。

本書主要介紹金屬、介質、石墨烯材料構成的核殼結構和電磁波的相互作用機制，闡述納米核殼結構的設計思想、基本理論、性能，達到對電磁波的操控?！都{米核殼材料的優化設計》重點是基于表面等離激元共振和Mie散射理論對納米核殼結構進行設計和優化，利用結構中電磁模式的相互作用，構建多重Fano共振、定向散射等特性，說明納米核殼結構在生物標記、增強石墨烯吸收及納米激光器方面的應用?！都{米核殼材料的優化設計》涉及納米材料、光學、生命科學、光電子學等多個學科和領域的交叉，可供從事表面等離激元和Mie散射理論應用研究人員，以及納米材料、生命科學等領域的研究人員和研究生參考。

第1章緒論001 
1.1表面等離極化激元波以及局域等離激元共振002
1.1.1金屬/介質表面的表面等離極化激元波002
1.1.2金屬納米顆粒的局域等離激元共振005
1.1.3等離激元雜化理論005
1.2石墨烯材料特性008
1.2.1石墨烯的結構和電學特性008
1.2.2石墨烯的光學性質010
1.3球和核殼納米結構中LSP共振012
1.3.1Mie散射理論介紹012
1.3.2等離激元核殼結構中Mie LSP共振的調諧性020
1.4本書的主要內容026
參考文獻028

第2章核殼結構中的多重Fano共振現象031 
2.1傳統和非傳統Fano共振032
2.1.1傳統Fano共振032
2.1.2非傳統Fano共振033
2.2基于多層介質-金屬核殼結構的多重Fano共振041
2.2.1兩組介質-金屬核殼結構的多重Fano共振現象041
2.2.2三組介質-金屬核殼結構的多重Fano共振現象045
2.3金屬虛部對多重Fano共振的影響047
參考文獻048

第3章金屬-電介質核殼結構中的定向散射現象051 
3.1定向散射研究基礎052
3.1.1Kerker條件介紹052
3.1.2高介電球及核殼結構實現定向散射053
3.2銀-電介質核殼結構中的零背向散射現象060
3.2.1銀-電介質核殼結構中的零背向散射現象和機理061
3.2.2銀-電介質核殼結構中的寬帶零背向散射現象065
3.2.3銀-電介質核殼結構中波長可調的寬帶零背向散射067
3.3銀-電介質核殼結構中接近于零的前向散射現象069
3.3.1銀-電介質核殼結構中接近于零的前向散射069
3.3.2銀-電介質核殼結構中寬帶接近于零的前向散射071
參考文獻072

第4章基于核殼結構中Fano共振的石墨烯吸收增強075 
4.1概述076
4.2核殼結構中的非傳統Fano共振現象078
4.3金屬-石墨烯核殼結構中石墨烯的吸收增強080
4.4金屬-介質-石墨烯核殼結構中石墨烯的吸收增強083
4.4.1石墨烯的可調吸收增強083
4.4.2金屬核損耗對石墨烯吸收增強的影響085
4.4.3核殼結構陣列中石墨烯的吸收增強086
4.5介質-金屬-石墨烯核殼結構中石墨烯的吸收增強088
4.5.1介質-金屬-石墨烯核殼結構中吸收共振的高可調性088
4.5.2石墨烯的可調吸收增強088
4.5.3金屬損耗對石墨烯吸收的影響091
參考文獻092

第5章基于石墨烯雙曲色散腔中回音廊共振的納米激光器094 
5.1概述095
5.2石墨烯/介質球形核殼結構的色散特性098
5.3雙曲色散腔的回音廊共振及其電場分布特性100
5.4基于石墨烯雙曲色散腔的納米激光器102
5.4.1基于多個回音廊共振的多波長、低閾值納米激光器102
5.4.2納米激光器激射波長的可調諧性105
5.4.3兩對石墨烯/介質層情況下的電場分布和激射情況107
參考文獻107