近年来,在生物、化学、材料、医学和新能源等领域,表面等离激元一直扮演着至关重要的角色。特别是在生物和医学领域,基于表面等离激元传感器一直是当前研究的热点,但是如何提高传感器的传感性能是传感器领域的研究重点。论文从理论上研究了超构材料中磁表面等离激元共振与光子晶体的光子带隙、表面等离极化激元的耦合,实现了超构材料中磁表面等离激元共振的调控和磁场的增强效应,以及由此产生的高灵敏度折射率传感性能。本文主要包括以下两个方面的内容:1.我们系统地研究了由一维银纳米线对周期阵列与一维光子晶体组成的复合体系中,磁表面等离激元(MPPs)共振与光子带隙之间的耦合效应。单个银纳米线对由于等离激元的近场相互作用可以形成MPPs,而由不同折射率的多层介质膜交替组成的一维光子晶体的反射光谱中则将产生光子带隙。我们理论研究发现,当MPPs接近光子带隙时,Ag纳米线对中的MPPs可以与光子带隙产生强烈的耦合,从而在光子带隙中形成磁等离激元杂化模式。伴随这种杂化模式的激发,银纳米线对中的磁场将得到极大增强,其强度可以达到直接放置于二氧化硅衬底上的纳米线对阵列中磁场强度的4.3倍。这些研究结果表明,我们设计的这种超构材料在磁非线性和磁传感等领域具有重要的应用价值。2.我们详细地研究了在具有周期性纳米槽的金属膜上MPPs与表面等离极化激元(SPPs)之间的耦合效应。我们理论研究发现,通过调节纳米槽的周期,使SPPs的位置接近MPPs时,MPPs与SPPs这两种模式之间将产生强烈的耦合,在反射光谱中将形成一个带宽极窄的磁等离激元杂化模式。此外,我们还利用双振子耦合模型揭示了这种超窄带杂化模式的物理机制。当该窄带杂化模被激发时,入射光几乎被完全吸收,从而纳米槽中的电磁场将获得极大增强。这些优异的电磁特性非常有利于其在生物传感方面的应用。我们研究结果表明,这种超构材料传感器具有非常高的生物传感灵敏度(1500 nm/RIU)和品质因子(150),远高于目前报道的其他局域等离激元传感器。因此,我们设计的这种超构材料传感器在无标识生物传感领域具有重要的应用前景。