電磁波與物質(zhì)相互作用研究方法一、電磁波與物質(zhì)相互作用概述

電磁波與物質(zhì)的相互作用是物理學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的核心研究內(nèi)容，涉及能量傳遞、物質(zhì)激發(fā)、光譜特性等多個(gè)方面。研究方法主要包括實(shí)驗(yàn)測量和理論計(jì)算兩大類，通過不同技術(shù)手段揭示相互作用機(jī)制，為材料開發(fā)、傳感技術(shù)等領(lǐng)域提供理論依據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)研究方法

（一）光譜分析技術(shù)

1.紫外-可見光譜（UV-Vis）

(1)原理：通過測量物質(zhì)對紫外和可見光區(qū)的吸收光譜，分析電子躍遷和分子結(jié)構(gòu)。

(2)應(yīng)用：常用于檢測有機(jī)染料、金屬離子配合物等。

(3)注意事項(xiàng)：需控制光源強(qiáng)度和樣品濃度，避免散射干擾。

2.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）

(1)原理：利用紅外光與分子振動/轉(zhuǎn)動能級相互作用，獲取化學(xué)鍵信息。

(2)應(yīng)用：適用于有機(jī)化合物、聚合物、無機(jī)晶體等樣品分析。

(3)示例數(shù)據(jù)：分辨率可達(dá)4cm?1，掃描范圍通常為4000–400cm?1。

（二）動態(tài)相互作用測量

1.時(shí)間分辨光譜（TR-Spectroscopy）

(1)方法：通過飛秒/皮秒激光脈沖激發(fā)樣品，記錄激發(fā)態(tài)衰減曲線。

(2)應(yīng)用：研究超快能量轉(zhuǎn)移、電子動力學(xué)過程。

(3)關(guān)鍵參數(shù)：時(shí)間分辨率可達(dá)100fs級，探測深度受樣品透明度限制。

2.拉曼光譜（Raman）

(1)原理：測量物質(zhì)受激發(fā)后散射光的頻率偏移，反映非彈性碰撞信息。

(2)應(yīng)用：檢測晶體缺陷、應(yīng)力分布、同分異構(gòu)體區(qū)分。

(3)注意事項(xiàng)：需使用激光激發(fā)，低頻拉曼（如TERS）可增強(qiáng)信號。

三、理論研究方法

（一）量子力學(xué)計(jì)算

1.密度泛函理論（DFT）

(1)步驟：

a.建立原子結(jié)構(gòu)模型；

b.選擇交換關(guān)聯(lián)泛函（如LDA、GGA）；

c.計(jì)算電子基態(tài)性質(zhì)（能帶、態(tài)密度）。

(2)應(yīng)用：預(yù)測半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)、催化劑表面吸附能。

(3)示例參數(shù)：計(jì)算精度受泛函選擇影響，相對能差可達(dá)mV量級。

2.時(shí)間依賴性密度泛函理論（TD-DFT）

(1)方法：求解含時(shí)薛定諤方程，模擬光與物質(zhì)的非絕熱相互作用。

(2)應(yīng)用：模擬光致發(fā)光、電荷轉(zhuǎn)移過程。

(3)局限性：計(jì)算量隨體系規(guī)模指數(shù)增長，通常限制于中小體系。

（二）經(jīng)典電磁場模擬

1.有限元方法（FEM）

(1)原理：將樣品離散為網(wǎng)格，求解麥克斯韋方程組，計(jì)算電磁場分布。

(2)應(yīng)用：分析金屬納米顆粒的散射特性、光纖波導(dǎo)模式。

(3)軟件工具：COMSOL、ANSYS等商業(yè)軟件可實(shí)現(xiàn)三維模擬。

2.傳輸矩陣法（TMM）

(1)適用范圍：適用于多層膜結(jié)構(gòu)或周期性陣列，計(jì)算透射/反射光譜。

(2)優(yōu)勢：計(jì)算效率高，適用于解析對稱體系。

(3)示例：計(jì)算光子晶體禁帶寬度時(shí)，可擴(kuò)展至幾百層結(jié)構(gòu)。

四、跨學(xué)科研究技術(shù)

（一）原位表征技術(shù)

1.拉曼顯微鏡原位系統(tǒng)

(1)功能：結(jié)合顯微鏡觀察與動態(tài)拉曼檢測，研究樣品形變過程。

(2)應(yīng)用：監(jiān)測薄膜沉積期間化學(xué)鍵變化。

(3)技術(shù)要求：需配備溫控臺和機(jī)械樣品臺。

（二）計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)合

1.多尺度模擬

(1)流程：

a.宏觀尺度：使用有限元模擬電磁場分布；

b.微觀尺度：通過DFT計(jì)算表面態(tài)響應(yīng)；

c.數(shù)據(jù)校準(zhǔn)：利用實(shí)驗(yàn)光譜驗(yàn)證模型參數(shù)。

(2)案例：研究金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的光電效應(yīng)。

五、研究方法選擇依據(jù)

（1）樣品性質(zhì)：

-透明樣品優(yōu)先選擇光譜法；

-多晶/非晶材料需結(jié)合動態(tài)測量。

（2）時(shí)間尺度：

-超快過程需時(shí)間分辨技術(shù)；

-熱平衡態(tài)可依賴靜態(tài)光譜。

（3）精度要求：

-工程應(yīng)用可接受TD-DFT級精度；

-基礎(chǔ)研究需高精度FEM模擬。

一、電磁波與物質(zhì)相互作用概述

電磁波與物質(zhì)的相互作用是物理學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的核心研究內(nèi)容，涉及能量傳遞、物質(zhì)激發(fā)、光譜特性等多個(gè)方面。研究方法主要包括實(shí)驗(yàn)測量和理論計(jì)算兩大類，通過不同技術(shù)手段揭示相互作用機(jī)制，為材料開發(fā)、傳感技術(shù)等領(lǐng)域提供理論依據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)研究方法

（一）光譜分析技術(shù)

1.紫外-可見光譜（UV-Vis）

(1)原理：通過測量物質(zhì)對紫外和可見光區(qū)的吸收光譜，分析電子躍遷和分子結(jié)構(gòu)。

(2)應(yīng)用：常用于檢測有機(jī)染料、金屬離子配合物等。

(3)注意事項(xiàng)：需控制光源強(qiáng)度和樣品濃度，避免散射干擾。

(4)實(shí)驗(yàn)步驟：

a.配制樣品溶液（濃度范圍：0.1–1mg/mL，溶劑選擇需匹配物質(zhì)溶解性）；

b.調(diào)整分光光度計(jì)波長范圍（UV區(qū)：190–400nm，可見區(qū)：400–780nm）；

c.校準(zhǔn)空白參比（使用相同溶劑，扣除背景吸收）；

d.記錄吸光度曲線，分析峰值波長和吸光度值（典型吸光系數(shù)ε：10–100L/(mol·cm)）。

2.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）

(1)原理：利用紅外光與分子振動/轉(zhuǎn)動能級相互作用，獲取化學(xué)鍵信息。

(2)應(yīng)用：適用于有機(jī)化合物、聚合物、無機(jī)晶體等樣品分析。

(3)示例數(shù)據(jù)：分辨率可達(dá)4cm?1，掃描范圍通常為4000–400cm?1。

(4)操作要點(diǎn)：

a.樣品預(yù)處理（固體樣品需KBr壓片或ATR附件，液體樣品滴加到鹽片上）；

b.掃描參數(shù)設(shè)置（掃描次數(shù)16–64次，分辨率4cm?1）；

c.數(shù)據(jù)處理（扣除背景干擾，峰位校準(zhǔn)，歸屬官能團(tuán)振動模式）。

（二）動態(tài)相互作用測量

1.時(shí)間分辨光譜（TR-Spectroscopy）

(1)方法：通過飛秒/皮秒激光脈沖激發(fā)樣品，記錄激發(fā)態(tài)衰減曲線。

(2)應(yīng)用：研究超快能量轉(zhuǎn)移、電子動力學(xué)過程。

(3)關(guān)鍵參數(shù)：時(shí)間分辨率可達(dá)100fs級，探測深度受樣品透明度限制。

(4)實(shí)驗(yàn)流程：

a.準(zhǔn)備飛秒激光系統(tǒng)（重復(fù)率1kHz，脈寬35fs）；

b.樣品固定在低溫恒溫器（溫度范圍：77–300K）；

c.使用鎖相放大器記錄光致發(fā)光信號，門寬100–1000ps；

d.數(shù)據(jù)擬合（雙指數(shù)或多指數(shù)模型，衰減時(shí)間τ：皮秒級）。

2.拉曼光譜（Raman）

(1)原理：測量物質(zhì)受激發(fā)后散射光的頻率偏移，反映非彈性碰撞信息。

(2)應(yīng)用：檢測晶體缺陷、應(yīng)力分布、同分異構(gòu)體區(qū)分。

(3)注意事項(xiàng)：需使用激光激發(fā)，低頻拉曼（如TERS）可增強(qiáng)信號。

(4)標(biāo)準(zhǔn)操作清單：

a.激發(fā)光源（波長：532nm或785nm，功率：1–500mW）；

b.樣品臺配置（旋轉(zhuǎn)臺、溫控模塊、顯微鏡耦合）；

c.數(shù)據(jù)采集（光譜范圍：100–4000cm?1，分辨率0.5cm?1）；

d.結(jié)果分析（峰位偏移Δν：10–1000cm?1，斯托克斯/反斯托克斯峰強(qiáng)度比）。

三、理論研究方法

（一）量子力學(xué)計(jì)算

1.密度泛函理論（DFT）

(1)步驟：

a.建立原子結(jié)構(gòu)模型；

b.選擇交換關(guān)聯(lián)泛函（如LDA、GGA）；

c.計(jì)算電子基態(tài)性質(zhì)（能帶、態(tài)密度）。

(2)應(yīng)用：預(yù)測半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)、催化劑表面吸附能。

(3)示例參數(shù)：計(jì)算精度受泛函選擇影響，相對能差可達(dá)mV量級。

(4)詳細(xì)計(jì)算流程：

a.構(gòu)建幾何結(jié)構(gòu)（使用VASP、QuantumEspresso等軟件）；

b.設(shè)置計(jì)算參數(shù)（平面波截?cái)嗄埽?00–600eV，k點(diǎn)網(wǎng)格：4×4×4）；

c.運(yùn)行自洽計(jì)算，分析總能量、電荷密度；

d.后處理（計(jì)算態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)出躍遷能量）。

2.時(shí)間依賴性密度泛函理論（TD-DFT）

(1)方法：求解含時(shí)薛定諤方程，模擬光與物質(zhì)的非絕熱相互作用。

(2)應(yīng)用：模擬光致發(fā)光、電荷轉(zhuǎn)移過程。

(3)局限性：計(jì)算量隨體系規(guī)模指數(shù)增長，通常限制于中小體系。

(4)輸入文件示例（Gaussian16格式）：

a.基組選擇（6-31G(d)或cc-pVDZ）；

b.光照參數(shù)（激光波長：400nm，強(qiáng)度：0.1–1.0a.u.）；

c.動力學(xué)積分（時(shí)間步：0.2fs，總時(shí)長：500fs）；

d.結(jié)果可視化（軌跡動畫、激發(fā)態(tài)能量變化曲線）。

（二）經(jīng)典電磁場模擬

1.有限元方法（FEM）

(1)原理：將樣品離散為網(wǎng)格，求解麥克斯韋方程組，計(jì)算電磁場分布。

(2)應(yīng)用：分析金屬納米顆粒的散射特性、光纖波導(dǎo)模式。

(3)軟件工具：COMSOL、ANSYS等商業(yè)軟件可實(shí)現(xiàn)三維模擬。

(4)模擬步驟清單：

a.定義幾何模型（導(dǎo)入CAD文件或手動繪制）；

b.材料屬性設(shè)置（介電常數(shù)εr：1–10，損耗角正切tanδ：0.001–0.1）；

c.求解配置（時(shí)域/頻域求解，激勵(lì)源類型：點(diǎn)光源/平面波）；

d.后處理（計(jì)算散射效率Q：0–100%，等值線圖）。

2.傳輸矩陣法（TMM）

(1)適用范圍：適用于多層膜結(jié)構(gòu)或周期性陣列，計(jì)算透射/反射光譜。

(2)優(yōu)勢：計(jì)算效率高，適用于解析對稱體系。

(3)示例：計(jì)算光子晶體禁帶寬度時(shí)，可擴(kuò)展至幾百層結(jié)構(gòu)。

(4)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)流程：

a.建立層狀結(jié)構(gòu)參數(shù)（層厚d：100–1000nm，折射率n：1.0–3.0）；

b.計(jì)算傳輸矩陣M_ij（逐層遞推計(jì)算）；

c.分析透射率T(k)：0–1（k為波矢）；

d.調(diào)整參數(shù)優(yōu)化器件性能（如濾波器帶寬：5–50nm）。

四、跨學(xué)科研究技術(shù)

（一）原位表征技術(shù)

1.拉曼顯微鏡原位系統(tǒng)

(1)功能：結(jié)合顯微鏡觀察與動態(tài)拉曼檢測，研究樣品形變過程。

(2)應(yīng)用：監(jiān)測薄膜沉積期間化學(xué)鍵變化。

(3)技術(shù)要求：需配備溫控臺和機(jī)械樣品臺。

(4)實(shí)驗(yàn)配置清單：

a.顯微鏡平臺（放大倍數(shù)：10×–1000×）；

b.溫控系統(tǒng)（PID控溫，范圍：25–800°C）；

c.激發(fā)光源（連續(xù)波或鎖相，功率：1–100mW）；

d.數(shù)據(jù)同步記錄（顯微鏡圖像與拉曼光譜同步）。

（二）計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)合

1.多尺度模擬

(1)流程：

a.宏觀尺度：使用有限元模擬電磁場分布；

b.微觀尺度：通過DFT計(jì)算表面態(tài)響應(yīng)；

c.數(shù)據(jù)校準(zhǔn)：利用實(shí)驗(yàn)光譜驗(yàn)證模型參數(shù)。

(2)案例：研究金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的光電效應(yīng)。

(3)驗(yàn)證方法：

a.實(shí)驗(yàn)測量異質(zhì)結(jié)界面反射光譜；

b.模擬計(jì)算界面電荷分布；

c.比較模擬峰位與實(shí)驗(yàn)偏移（典型偏差：±5cm?1）。

五、研究方法選擇依據(jù)

（1）樣品性質(zhì)：

-透明樣品優(yōu)先選擇光譜法；

-多晶/非晶材料需結(jié)合動態(tài)測量。

（2）時(shí)間尺度：

-超快過程需時(shí)間分辨技術(shù)；

-熱平衡態(tài)可依賴靜態(tài)光譜。

（3）精度要求：

-工程應(yīng)用可接受TD-DFT級精度；

-基礎(chǔ)研究需高精度FEM模擬。

（4）設(shè)備條件：

-實(shí)驗(yàn)室設(shè)備：拉曼/FTIR（配置預(yù)算：1–50萬元）；

-計(jì)算資源：GPU服務(wù)器（顯存≥24GB，核心≥20核）。

一、電磁波與物質(zhì)相互作用概述

電磁波與物質(zhì)的相互作用是物理學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的核心研究內(nèi)容，涉及能量傳遞、物質(zhì)激發(fā)、光譜特性等多個(gè)方面。研究方法主要包括實(shí)驗(yàn)測量和理論計(jì)算兩大類，通過不同技術(shù)手段揭示相互作用機(jī)制，為材料開發(fā)、傳感技術(shù)等領(lǐng)域提供理論依據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)研究方法

（一）光譜分析技術(shù)

1.紫外-可見光譜（UV-Vis）

(1)原理：通過測量物質(zhì)對紫外和可見光區(qū)的吸收光譜，分析電子躍遷和分子結(jié)構(gòu)。

(2)應(yīng)用：常用于檢測有機(jī)染料、金屬離子配合物等。

(3)注意事項(xiàng)：需控制光源強(qiáng)度和樣品濃度，避免散射干擾。

2.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）

(1)原理：利用紅外光與分子振動/轉(zhuǎn)動能級相互作用，獲取化學(xué)鍵信息。

(2)應(yīng)用：適用于有機(jī)化合物、聚合物、無機(jī)晶體等樣品分析。

(3)示例數(shù)據(jù)：分辨率可達(dá)4cm?1，掃描范圍通常為4000–400cm?1。

（二）動態(tài)相互作用測量

1.時(shí)間分辨光譜（TR-Spectroscopy）

(1)方法：通過飛秒/皮秒激光脈沖激發(fā)樣品，記錄激發(fā)態(tài)衰減曲線。

(2)應(yīng)用：研究超快能量轉(zhuǎn)移、電子動力學(xué)過程。

(3)關(guān)鍵參數(shù)：時(shí)間分辨率可達(dá)100fs級，探測深度受樣品透明度限制。

2.拉曼光譜（Raman）

(1)原理：測量物質(zhì)受激發(fā)后散射光的頻率偏移，反映非彈性碰撞信息。

(2)應(yīng)用：檢測晶體缺陷、應(yīng)力分布、同分異構(gòu)體區(qū)分。

(3)注意事項(xiàng)：需使用激光激發(fā)，低頻拉曼（如TERS）可增強(qiáng)信號。

三、理論研究方法

（一）量子力學(xué)計(jì)算

1.密度泛函理論（DFT）

(1)步驟：

a.建立原子結(jié)構(gòu)模型；

b.選擇交換關(guān)聯(lián)泛函（如LDA、GGA）；

c.計(jì)算電子基態(tài)性質(zhì)（能帶、態(tài)密度）。

(2)應(yīng)用：預(yù)測半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)、催化劑表面吸附能。

(3)示例參數(shù)：計(jì)算精度受泛函選擇影響，相對能差可達(dá)mV量級。

2.時(shí)間依賴性密度泛函理論（TD-DFT）

(1)方法：求解含時(shí)薛定諤方程，模擬光與物質(zhì)的非絕熱相互作用。

(2)應(yīng)用：模擬光致發(fā)光、電荷轉(zhuǎn)移過程。

(3)局限性：計(jì)算量隨體系規(guī)模指數(shù)增長，通常限制于中小體系。

（二）經(jīng)典電磁場模擬

1.有限元方法（FEM）

(1)原理：將樣品離散為網(wǎng)格，求解麥克斯韋方程組，計(jì)算電磁場分布。

(2)應(yīng)用：分析金屬納米顆粒的散射特性、光纖波導(dǎo)模式。

(3)軟件工具：COMSOL、ANSYS等商業(yè)軟件可實(shí)現(xiàn)三維模擬。

2.傳輸矩陣法（TMM）

(1)適用范圍：適用于多層膜結(jié)構(gòu)或周期性陣列，計(jì)算透射/反射光譜。

(2)優(yōu)勢：計(jì)算效率高，適用于解析對稱體系。

(3)示例：計(jì)算光子晶體禁帶寬度時(shí)，可擴(kuò)展至幾百層結(jié)構(gòu)。

四、跨學(xué)科研究技術(shù)

（一）原位表征技術(shù)

1.拉曼顯微鏡原位系統(tǒng)

(1)功能：結(jié)合顯微鏡觀察與動態(tài)拉曼檢測，研究樣品形變過程。

(2)應(yīng)用：監(jiān)測薄膜沉積期間化學(xué)鍵變化。

(3)技術(shù)要求：需配備溫控臺和機(jī)械樣品臺。

（二）計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)合

1.多尺度模擬

(1)流程：

a.宏觀尺度：使用有限元模擬電磁場分布；

b.微觀尺度：通過DFT計(jì)算表面態(tài)響應(yīng)；

c.數(shù)據(jù)校準(zhǔn)：利用實(shí)驗(yàn)光譜驗(yàn)證模型參數(shù)。

(2)案例：研究金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的光電效應(yīng)。

五、研究方法選擇依據(jù)

（1）樣品性質(zhì)：

-透明樣品優(yōu)先選擇光譜法；

-多晶/非晶材料需結(jié)合動態(tài)測量。

（2）時(shí)間尺度：

-超快過程需時(shí)間分辨技術(shù)；

-熱平衡態(tài)可依賴靜態(tài)光譜。

（3）精度要求：

-工程應(yīng)用可接受TD-DFT級精度；

-基礎(chǔ)研究需高精度FEM模擬。

一、電磁波與物質(zhì)相互作用概述

電磁波與物質(zhì)的相互作用是物理學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的核心研究內(nèi)容，涉及能量傳遞、物質(zhì)激發(fā)、光譜特性等多個(gè)方面。研究方法主要包括實(shí)驗(yàn)測量和理論計(jì)算兩大類，通過不同技術(shù)手段揭示相互作用機(jī)制，為材料開發(fā)、傳感技術(shù)等領(lǐng)域提供理論依據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)研究方法

（一）光譜分析技術(shù)

1.紫外-可見光譜（UV-Vis）

(1)原理：通過測量物質(zhì)對紫外和可見光區(qū)的吸收光譜，分析電子躍遷和分子結(jié)構(gòu)。

(2)應(yīng)用：常用于檢測有機(jī)染料、金屬離子配合物等。

(3)注意事項(xiàng)：需控制光源強(qiáng)度和樣品濃度，避免散射干擾。

(4)實(shí)驗(yàn)步驟：

a.配制樣品溶液（濃度范圍：0.1–1mg/mL，溶劑選擇需匹配物質(zhì)溶解性）；

b.調(diào)整分光光度計(jì)波長范圍（UV區(qū)：190–400nm，可見區(qū)：400–780nm）；

c.校準(zhǔn)空白參比（使用相同溶劑，扣除背景吸收）；

d.記錄吸光度曲線，分析峰值波長和吸光度值（典型吸光系數(shù)ε：10–100L/(mol·cm)）。

2.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）

(1)原理：利用紅外光與分子振動/轉(zhuǎn)動能級相互作用，獲取化學(xué)鍵信息。

(2)應(yīng)用：適用于有機(jī)化合物、聚合物、無機(jī)晶體等樣品分析。

(3)示例數(shù)據(jù)：分辨率可達(dá)4cm?1，掃描范圍通常為4000–400cm?1。

(4)操作要點(diǎn)：

a.樣品預(yù)處理（固體樣品需KBr壓片或ATR附件，液體樣品滴加到鹽片上）；

b.掃描參數(shù)設(shè)置（掃描次數(shù)16–64次，分辨率4cm?1）；

c.數(shù)據(jù)處理（扣除背景干擾，峰位校準(zhǔn)，歸屬官能團(tuán)振動模式）。

（二）動態(tài)相互作用測量

1.時(shí)間分辨光譜（TR-Spectroscopy）

(1)方法：通過飛秒/皮秒激光脈沖激發(fā)樣品，記錄激發(fā)態(tài)衰減曲線。

(2)應(yīng)用：研究超快能量轉(zhuǎn)移、電子動力學(xué)過程。

(3)關(guān)鍵參數(shù)：時(shí)間分辨率可達(dá)100fs級，探測深度受樣品透明度限制。

(4)實(shí)驗(yàn)流程：

a.準(zhǔn)備飛秒激光系統(tǒng)（重復(fù)率1kHz，脈寬35fs）；

b.樣品固定在低溫恒溫器（溫度范圍：77–300K）；

c.使用鎖相放大器記錄光致發(fā)光信號，門寬100–1000ps；

d.數(shù)據(jù)擬合（雙指數(shù)或多指數(shù)模型，衰減時(shí)間τ：皮秒級）。

2.拉曼光譜（Raman）

(1)原理：測量物質(zhì)受激發(fā)后散射光的頻率偏移，反映非彈性碰撞信息。

(2)應(yīng)用：檢測晶體缺陷、應(yīng)力分布、同分異構(gòu)體區(qū)分。

(3)注意事項(xiàng)：需使用激光激發(fā)，低頻拉曼（如TERS）可增強(qiáng)信號。

(4)標(biāo)準(zhǔn)操作清單：

a.激發(fā)光源（波長：532nm或785nm，功率：1–500mW）；

b.樣品臺配置（旋轉(zhuǎn)臺、溫控模塊、顯微鏡耦合）；

c.數(shù)據(jù)采集（光譜范圍：100–4000cm?1，分辨率0.5cm?1）；

d.結(jié)果分析（峰位偏移Δν：10–1000cm?1，斯托克斯/反斯托克斯峰強(qiáng)度比）。

三、理論研究方法

（一）量子力學(xué)計(jì)算

1.密度泛函理論（DFT）

(1)步驟：

a.建立原子結(jié)構(gòu)模型；

b.選擇交換關(guān)聯(lián)泛函（如LDA、GGA）；

c.計(jì)算電子基態(tài)性質(zhì)（能帶、態(tài)密度）。

(2)應(yīng)用：預(yù)測半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)、催化劑表面吸附能。

(3)示例參數(shù)：計(jì)算精度受泛函選擇影響，相對能差可達(dá)mV量級。

(4)詳細(xì)計(jì)算流程：

a.構(gòu)建幾何結(jié)構(gòu)（使用VASP、QuantumEspresso等軟件）；

b.設(shè)置計(jì)算參數(shù)（平面波截?cái)嗄埽?00–600eV，k點(diǎn)網(wǎng)格：4×4×4）；

c.運(yùn)行自洽計(jì)算，分析總能量、電荷密度；

d.后處理（計(jì)算態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)出躍遷能量）。

2.時(shí)間依賴性密度泛函理論（TD-DFT）

(1)方法：求解含時(shí)薛定諤方程，模擬光與物質(zhì)的非絕熱相互作用。

(2)應(yīng)用：模擬光致發(fā)光、電荷轉(zhuǎn)移過程。

(3)局限性：計(jì)算量隨體系規(guī)模指數(shù)增長，通常限制于中小體系。

(4)輸入文件示例（Gaussian16格式）：

a.基組選擇（6-31G(d)或cc-pVDZ）；

b.光照參數(shù)（激光波長：400nm，強(qiáng)度：0.1–1.0a.u.）；

c.動力學(xué)積分（時(shí)間步：0.2fs，總時(shí)長：500fs）；

d.結(jié)果可視化（軌跡動畫、激發(fā)態(tài)能量變化曲線）。

（二）經(jīng)典電磁場模擬

1.有限元方法（FEM）

(1)原理：將樣品離散為網(wǎng)格，求解麥克斯韋方程組，計(jì)算電磁場分布。

(2)應(yīng)用：分析金屬納米顆粒的散射特性、光纖波導(dǎo)模式。

(3)軟件工具：COMSOL、ANSYS等商業(yè)軟件可實(shí)現(xiàn)三維模擬。

(4)模擬步驟清單：

a.定義幾何模型（導(dǎo)入CAD文件或手動繪制）；

b.材料屬性設(shè)置（介電常數(shù)εr：1–10，損耗角正切tanδ：0.001–0.1）；

c.求解配置（時(shí)域/頻域求解，激勵(lì)源類型：點(diǎn)光源/平面波）；

d.后處理（計(jì)算散