予秋对《纳米光子学》的笔记(3)

2纳米光子学分为三个部分，引发光与物质在纳米级范围内相互作用的一种方法是将光限制在远小于其波长的纳米范围内。第二种方法是将物质的尺寸限制在纳米尺度范围内，从而将光与物质的相互作用限制在纳观范围，这种方法界定了纳米材料的领域。最后一种是对光的处理，如诱导光化学反应或光诱导相变，的纳米级限制，该方法可用于对光子的结构与功能单元进行纳米级加工。金属纳米粒子表现出独特的光响应和增强型电磁场特性，形成等离子体光子学。 4就光学材料而言，科学界往往将其分为两部分，无机材料和有机材料，且两者几乎没有交叉。物理学界通常侧重于无机半导体与金属，而忽略了复杂的有机结构，另一方面，化学界则只有传统地涉及到了有机结构与生物材料，却对无机半导体没有足够的重视，特别是没有重视界定它们的电子与光子特性的概念。新一代杂化纳米材料包含不同层次的有机结构与无机结构。（其中的bridge, 可能会是由材料专业的人来搭建吧） 10在经典物理中，光子被定义为传播能量的电磁波，而电子是质量最小的带电粒子。不同之处在于波长范围，电子的波长通常认为要小于光子。在同样能量下，电子比光子具有更大的动量。电子显微镜中，电子的能量和动量被加速的高电压值所控制。显微镜的分辨率是由波长的衍射极限决定。电子动量的数值由原子或分子中的束缚态决定，或在固体中由载流电子传播决定。电子动量与光子相比也相对高，因此其特征波长会短于光子波长。电子产生的是标量场， 而光子是向量场，光是偏振的，电子有自旋现象，而且它们的分布由费米-狄拉克统计fermi-diarc statistics,描述，因此电子被称为费米子。光子没有自旋，其分布由玻色爱因斯坦统计Bose-Einstein statistics 描述。因此光子为玻色子。电子是带电荷的，而光子的电荷为零。因此它们在外部静电场和磁场的相互作用中存在着重大的差别。 17光可以泄漏到波导区域以外，即经典物理所禁止的区域，这种由光的泄漏所产生的电磁场 为倏逝波evanescent wave.可见光的穿透深度为50-100nm，由于倏逝波产生的光学相干作用可以被限制在纳米范围内，因此这种波可被用作纳米光子。 19光子晶体呈现出有序排列的介电结构，有周期性变化的介电常数。密堆积高度统一的胶体粒子体系，如硅晶或聚苯乙烯球。相对折射率n1/n2，表现出一种周期势场，n1胶体粒子，n2胶体粒子间隙中媒价物的折射率，空气，液体或更为理想的高折射率材料。 23频率转化，一些重要的非线性光学相互作用，其场的产生依赖于光学非线性介质的折射率。Pockels effect, Kerr effect, Copper pair, 电子合作效应其中一个例子是超导体中电子相互作用结合在一起时产生库珀对。两个分别带有负电荷的电子由于静电作用会相互排斥，然而阳离子晶格中的电子通过所谓的光子电子相互作用，晶格振动，能产生一个晶格自身周围正电荷增加的区域，这样就能吸引其他电子。两个电子 通过电子光子相互作用而彼此吸引，与弹簧作用相同形成copper pair.

26纳米级的定域化：轴向（倏逝波-全内反射total internal reflection和光学波导，2表面等离子体），侧向（增强局域场的无孔限制纳尖端，通过有孔近场传播形成限制）表面等离子体是在金属薄膜和介电物质如有机薄膜之间传播的电磁波。Attenuated total reflection ATR 33FRET fluorescence resonance energy transfer FRET, 能量转移存在于两种不同分子之间，这种转移常利用两个间距在纳米级的荧光中心，当其中的能量供体分子被激发到更高的电子能级时，利用来自能量受体的荧光就可检测到这种转移。生物成像领域用来探测细胞组分之间的相互作用。 39近场光学，金属涂层锥形光纤的可调孔径的近场光学，金属尖端散射的无孔径近场光学。 50非线性光学依赖于高场强力，在同一介质同一时间不止一个光子的相互作用。双光子激发TPE用于纳米尺度成像，可以通过光蚀刻技术进行纳米结构装配。 58光相互作用的纳米级增强。其一为表面等离子体增强，是一种在金属薄膜或金属纳米畴的电磁表面波，它可以由某一特定角度射入金属薄膜的耦合光所激发。可以在金属-绝缘体的界面或该界面内的纳米尺度范围内产生。 89超晶格是由周期排列的量子结构，量子阱，量子线和量子点构成的。 113等离子体光子学，optical properties of metal clusters. Optical properties and ultrafast dynamics of metallic nanocrystals. 144(上转换发光，即：反-斯托克斯发光（Anti-Stokes），由斯托克斯定律而来。斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光) 145量子切割，是一个高能光子，如在真空紫外光中，被介质吸收导致激发2个低能光子，如可见光，的过程。这是下转换过程。无汞荧光灯和等离子显示屏领域。能量 产生量子切割效应的材料为量子切割载体。 155湿化学，纳米化学，表面官能化的纳米颗粒，以及金属或无机半导体纳米棒可在很多不同媒介，如水，聚合物，生物液体，中扩散，便于制备。 183纳米结构的控制源自于操纵共价化学键和非共共价键，使之产生特殊的光电互动拓扑和分子纳米级的特定构型。不同类型的共价键Pi, sigma. 211光子晶体，其本身高，低折射率区域的变化，导致光子晶体具有一个与光波长顺序周期相应的折射率空间周期。具有规则的纳米结构，即不同介电常数或折射率的两种介质以一种周期性的方式排列，形成了两种相互贯穿的区域，即高折射区和低折射区。关于周期性点阵的半导体电子晶体以及周期性电介质光子晶体相较。在光子晶体内，对一定范围能量和特定波矢量，即传播方向，的光，它不可以通过该晶体进行传播。若我们从介质里面产生光，光不能沿此方向传播，若我们从外面发射光，光会波反射。若光密度在带隙区域为零，则不光带隙材料。

246 混合极不相同的，互不相溶的，纳米材料以产生超材料。处于热力学亚稳定或不稳定相的材料。在任何有实际意义的时间段，它们在动力学上都不能产生超过纳米尺度的相分离。