第二章文獻回顧
2-1.1 Circular Magnetoplasmonic Modes in Gold Nanoparticles [1]
此篇論文是使用了 MCD 去對分散在有機溶液中的球形金奈米粒子做量測，在 有外加磁場的情況下，可以從 MCD 的圖譜上看見在 500~600nm 之間會出現峰 值。此外這篇論文裡也詳細的說明了，為什麼在外加磁場的情形下才會有 MCD 圖譜的峰值出現，以及用理論計算得到了與實驗數據相符合的結果。
圖 2. 1(a) 金奈米顆粒的 TEM 圖，顆粒大小為 12.8±0.7nm (b) 黑色線為金奈 米粒子在外加磁場 1.3T 下的 MCD 圖譜，紅色線為金奈米粒子在外加磁場
1.3T 下的吸收圖譜。
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圖 2. 2 用圖形的方式去描述左旋光和右旋光在外加磁場下的變化，以及 MCD 的圖譜是如何呈現的。
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圖 2. 3 以實驗數據與理論模擬去比較，黑線為實驗數據，紅線為理論模擬。
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2-1.2 Strong Coupling between ZnO
Excitons and Localized Surface Plasmons of Silver Nanoparticles Studied by STEM-EELS [2]
此篇論文使用電子能量損失圖譜，去探討銀奈米粒子與氧化鋅奈米柱耦合之後 的電子能量變化。在量測的結果裡發現若是將電子束的量測位置做變化，會在 不同的能量出現峰值，這些峰值分別為 2.79, 3.21, 3.47, 3.79eV，其中 3.21, 3.47eV 所代表的意義，在這篇論文裡提出了一個新的概念去解釋。氧化 鋅的 excitons 與銀奈米粒子的 plasmons 會耦合變成 plexcitons，而 plexcitons 根 據它形成方式的不同會具有不一樣的能量，而且依據能量高低別對高能量命名 為 E
Up
，低能量為 ELp
。2.79eV 為 Ag/ZnO 系統裡的激發子。3.79eV 為銀奈米 子表面電漿的振動能量。然而為什麼銀奈米粒子的表面電漿會與氧化鋅的激發 子耦合呢?在論文中有提到純氧化鋅奈米柱的電子能量損失圖譜峰值位於 3.3eV，而純銀奈米粒子的電子能量損失圖譜有出現 2 個峰值分別為，3.33eV 以及 3.8eV 所以前面所說的 3.3eV 與 3.33eV 能量相近會發生耦合。之後使用 電子束對 4 種不同能量的空間分布做組合，從結果中可以發現這 4 種能量只會 各自集中出現在特定區域裡。接下來他們改變銀奈米粒子的大小，發現到當顆 粒越小的時候，plexcitons 的峰值會往高能量偏移。圖 2. 4(a) 氧化鋅奈米柱與銀奈米粒子的奈米複合材料 STEM 圖。(b) Ag/ZnO 複合材料的電子能量損失圖譜藍色與紅色分別為(c)P1 和 P2 位置。(c) 氧化鋅 奈米柱與銀奈米粒子的局部 STEM 圖。(d) 銀奈米粒子與氧化鋅奈米柱的電子 能量損失圖譜。(e) 銀奈米粒子尺寸約為 14nm 的 STEM 圖。
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圖 2. 5(a) Ag/ZnO 複合結構 STEM 圖並標示出有量測電子能量損失圖譜的位 置。(b) 圖(a)中 P1 至 P8 的電子能量損失圖譜。(c)(d)(e)(f) 分別對電子損 失能量 2.79eV, 3.79eV, 3.21eV, 3.47eV 做空間分布圖。(g) 氧化鋅激發子
與銀奈米粒子表面電漿耦合的模擬模型。
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圖 2. 6(a) 一系列不同尺寸的銀奈米粒子電子能量損失圖譜，電子束位置在圖 2.5(a)中的 P2。(b) 一系列不同尺寸的銀奈米粒子電子能量損失圖譜，電子束 位置在圖 2.5(a)中的 P8。(c) 描繪出不同尺寸的銀奈米粒子，在 Ag/ZnO NW 系統所測得的 LP 和 UP 能量。圖(a)(b)(c)中的藍色虛線為氧化鋅激發子能量
3.43eV。
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圖 2. 7(a) 不同尺寸的單獨銀奈米粒子的表面電漿振動能量，能量數值是根據 圖 2.6 而來(Epl=ELP+EUP-Eex)。(b) UP 以及 LP 模型對應單獨銀奈米粒子表
面電漿能量，所畫出的能量圖。紅色虛線為 ELP 以及 EUP 的模擬分散圖。藍 色虛線為氧化鋅激發子能量。綠色虛線為非交互作用的單獨銀奈米粒子表面電
漿振動能量。
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2-1.3 Surface plasmon enhanced band edge luminescence of ZnO nanorods by capping Au nanoparticles [3]
這篇論文中，主要說到在氧化鋅奈米柱上鍍金，比較鍍金前後的光致螢光光譜 (PL)，可以發現在氧化鋅能帶附近的發光強度，有顯著的增強，以及在 500-600nm 之間的峰值，也會再鍍金之後消失。作者認為，PL 光譜在氧化鋅能帶附 近的增強是因為，氧化鋅激發子與金奈米粒子表面電漿耦合，會讓能量轉換更 有效率。這個觀點是根據時間解析光致螢光光譜(TR-PL)的實驗結果去分析，
發現到激發光的衰變時間分別為，純氧化鋅 230ps、50s 濺鍍金 35ps、100s 濺鍍 金 30ps，Purcell 增強因子𝐹
𝑝
= 𝜏𝑃𝐿(𝜔)
/𝜏∗ 𝑃𝐿(𝜔)
，以 50s 濺鍍金為例，𝜏𝑃𝐿(𝜔)
= 230ps、𝜏∗ 𝑃𝐿(𝜔)
=35ps，𝐹𝑝
大約為 6.6 而這個倍率與 PL 觀測到的數據相符，50s 濺鍍金的 PL 強度約為純氧化鋅的 PL 強度的 6.6 倍。接著這篇論文提到兩種不 同的物理過程去解釋 PL 的增強，第一種，氧化鋅的缺陷能階相對於真空能階 為-4.99eV，金的費米能階為-5.3eV 這兩個能階相近，所以氧化鋅的缺陷態電 子可以流入金的費米能階，用以增強金的電子密度。因為這樣熱電子可以被創 造在高能量態，然後它可以被轉換回氧化鋅奈米柱的導帶。第二種，為前述的 Purcell 增強因子。圖 2. 8 20 ͦ斜角 SEM 圖(a)純氧化鋅奈米柱。(b)氧化鋅奈米柱上鍍了 50s 的 金。 (c)氧化鋅奈米柱 TEM 圖。(d)氧化鋅奈米柱鍍金 TEM 圖。
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圖 2. 9 室溫下的 PL 圖譜分別量測了純氧化鋅奈米柱，以及不同濺鍍時間的氧 化鋅奈米柱。
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圖 2. 10 溫度 10K 的 PL 圖譜(a)純氧化鋅奈米柱。(b)鍍金 50s 的氧化鋅奈米 柱。(c)鍍金 100s 的氧化鋅奈米柱。
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圖 2. 11 室溫下的 TR-PL 圖譜分別量測純氧化鋅奈米柱、鍍金 50s 的氧化鋅奈 米柱、鍍金 100s 的氧化鋅奈米柱。
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2-1.4 Room temperature large
magneto-absorption effect in Co-coated ZnOnanowires [4]
這篇論文為我們實驗室先前所發表的研究成果，在此篇論文中我們發現到在室 溫環境中將鈷覆蓋在氧化鋅奈米柱上已 MCD 去量測，發現到吸收會隨著磁場 的變化而有明顯的改變。以及在此篇論文中提出了一個理論模型，這個理論模 型可以合理的去解釋我們所觀察到的現象。
圖 2. 12 (a) C1(蓋鈷 30 分鐘)、C2(蓋鈷 10 分鐘)、純氧化鋅奈米柱、氧化鋅 種子層的 XRD 圖。(b) C1 的橫切面 TEM 圖(c) 純氧化鋅奈米柱(d)C2 (e)
C1 的 TEM 圖。
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圖 2. 13 (a) C1、C2、純氧化鋅、Co/ZnO 薄膜的吸收圖譜，在外加磁場 B=0T(實線)，以及 B=0.8T(虛線)。(b) 相對的吸收變化圖譜。
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圖 2. 14 在磁場 0.8T 下的 MCD 圖譜(實線)(a)純氧化鋅(b)C2(c)C1，以及對 應的 dK/dE(虛線)。(d)自旋相關的態密度以及 Co/ZnO 介面附近的 MCD 示意
圖。
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圖 2. 15 純氧化鋅、C1、C2 在 E=3.4eV 的∆A-B 的曲線。虛線是 C1 和 C2 使用 式二去模擬的結果。圖中的表格顯示出更多的模擬參數。
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N(E) = (
15
4
) [8(𝐸−𝑊) 2
𝑊 3
] [1 − 4 [(𝐸−𝑊) 2
𝑊 2
]] (式一) 式一為在有兩個缺陷態密度下的N(E)其中的一個自旋態的態密度∆A = P[[N ↑ (E + m ↑ B) + N ↓ (E − m ↓ B)] − 2N(E)] (式二)
式二為在有外加磁場下的∆A 因為吸收是和完整的態密度成比例，所以可以使用 式一來描述吸收變化。