表面等离激元

1.表面等离激元(SPP)的定义、性质及激发方式。

表面等离激元（SPPs）定义为自由电子与电磁场相互作用产生的沿金属表面传播的电子疏密波。

性质1. 在垂直于界面的方向场强呈指数衰减2.能够突破衍射极限;3.具有很强的局域场增强效应;4.只能发生在介电参数(实部)符号相反(即金属和介质)的界面两侧。

激发方式:1.棱镜耦合Kretschamann与Otto结构2.光栅(金属表面缺陷)耦合k//=k0sinq±Nkg= kspp 3.波导模耦合4.强聚焦光束(SNOM)
2.理解并掌握金属电介质SPP色散关系的物理意义。

3.选择一种SPP的应用简述原理。

4.光子晶体的基本概念、定义、特性、带隙成因及其与电子材料的区别。

光子晶体是指具有光子带隙（PhotonicBand-Gap,简称为PBG）特性的人造周期性电介质结构。

由于介电常数存在空间上的周期性，进而引起空间折射率的周期变化。

当介电系数的变化足够大且变化周期与光波长相当时，光波的色散关系会出现带状结构，介电常数周期性排列的方向并不等同于带隙出现的方向，在一维光子晶体和二维光子晶体中，也有可能出现全方位的三维带隙结构。

特性:1.抑制自发辐射，带隙中态密度为零，自发辐射几率也就为零，这也就抑制了自发辐射。

2.光子局域化，当光子晶体原有的对称性遭到破坏时，即有了缺陷，在光子晶体中禁带中就可能出现频宽极窄的缺陷态或局域态，与缺陷态频率符合的光子会被局限在缺陷位置，而不能向空间传播。

带隙成因:电磁波在周期性电介质材料中传播时，由于受到调制而形成光子能带结构，频率落在带隙内的电磁波不能通过介质而被全部反射，即形成光子带隙。

电子材料:电子在周期场中传播时，由于会受到周期势场的布拉格散射，会形成能带结构，带与带之间可能存在带隙。

电子波的能量如果落在带隙中，传播是禁止的。

电子材料是通过周期性的晶体结构从而产生周期性势垒，按照薛定谔方程形成带隙。

电磁波是通过周期性的介电常数，按照麦克斯韦方程形成光子带隙。

5.掌握微腔的品质因数(Q)，精细度，自由谱密度的定义、相关推倒及物理意义。

6.量子点与石墨烯的基本概念特点及应用。

量子点是由少量原子所构成的体积很小的固体材料，量子点的尺寸一般在100纳米以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著。

由于量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能级结构，因此量子点又被称为“人造原子”。

特点:(1)量子点的激发光波长范围很宽，这使得单个波长可激发所有的量子点，用同一激发光源即可实现多通道检测。

(2)可以通过调整量子点的尺寸来得到不同的荧光发射，无需改变粒子的组成和表面性质，利用同一种材料即可实现多色标记。

(3)量子点具有较大的斯托克斯位移和狭窄对称的荧光谱峰，所标记的生物分子的荧光光谱易于区分和识别。

(4)量子点比较稳定，荧光光谱几乎不受周围环境(如溶剂、pH值、温度等)的影响。

(5)生物相容性好。

(6)量子点的荧光寿命长。

应用:(1)量子点材料在发光、激光器、生物及医学等领域具有十分广阔的应用前景。

量子点发光的颜色可通过改变量子点尺寸、表面特性及材料等多种方法来控制，而且其发光效率高，因而可用来制作高效率发光元器件。

(2)量子点激光器，优点:阈值电流密度远远低于传统激光器和量子阱激光器。

(3)在生物和医学上的应用。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，其碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料。

特点:石墨烯具有(1)特殊的力学性质，它比钻石还坚硬，当片状物足够大之后，结构是稳定的。

(2)很好的光学性质，它几乎是透明的，对光的吸收率只有2.3%，恰好是精细结构常数乘以 。

(3)
超强的导电性，是目前已知导电性能最出色的材料，石墨烯中的电子具有类似相对论性电子的性质，也就是说，电子的速度虽然远远小于光速，但其性质很像高速运动的电子，必须用相对论量子力学来描绘。

(4)量子霍尔效应，半导体在极低温下才具有这种效应，而石墨烯在室温下就会有这种奇特的效应。

应用:单分子气体侦测；集成电路，石墨烯具有高的载流子迁移率，具备作为优秀的集成电路电子器件的理想性质；石墨烯晶体管，石墨烯较大的费米速度和低接触电阻则有助于进一步减小器件开关时间，超高频率的操作响应特性是石墨烯基电子器件的另一显著优势；石墨烯生物器件，由于石墨烯的可修改化学功能、大接触面积、原子尺吋厚度、分子闸极结构等等特色，故可应用于细菌侦测与诊断器件。

7.掌握提高传统光学显微镜分辨率的方法、原理。

8.掌握SNOM的工作原理与应用。

9.至少掌握一种纳米材料的制备，光刻过程的分类及特点以及正负光刻胶的特点。

10.电磁超材料(Metamaterial)的性质及应用。