金屬獨一無二的光學性質在很多科研和應用方面起到關鍵的作用，比如超材料、等離激元、超透鏡、亞衍射光學聚焦、光學天線以及表面增強拉曼散射等。
貴金屬的趨膚效應主要其良好的導電性質，將電磁波局域在表面，很難穿透到其內部。貴金屬的趨膚深度在納米光學中具有重要的應用，可以在微波、太赫茲、紅外、可見、深紫外等寬波段上應用在超材料和等離激元等領域。
COMSOL在電磁領域應用廣泛，在波動光學頻域范圍內有兩大模塊：RF和波動光學模塊，對于解決納米光子學領域中各種重要的問題具有強大的優勢。在貴金屬納米光學領域，COMSOL發揮了不可替代的作用，提供了更深入的物理機制解釋。因此，在這方面科研文章中，COMSOL往往使其質量提升很高的一個檔次，在各種頂級刊上都會有它的身影。
今天，我們先給大家分享一篇發表在Nature Photonics上的工作（Nature Photonics,2009, 3(3): 152.），介紹COMSOL在金屬納米狹縫來增強太赫茲場方面的應用。（后續會有系列COMSOL的頂刊文章解讀，感興趣的可以關注。）
圖1 a.示意圖：太赫茲波照射在納米間隙上,形成比較強的電磁場增強。b.實驗上在未經過刻蝕狹縫時的電子顯微鏡形貌圖。c.經過刻蝕加工后得到70nm寬的狹縫圖以及實驗上測量電場增強的裝置示意圖。
圖1主要給出了本工作的原理示意圖和器件加工示意圖以及實驗測量裝置示意圖。原理上主要是由于，貴金屬尤其是金是一個良導體，當電磁膜照射上去之后，會在其內部電磁波指數式衰減，因此所有的電磁場只會存在于金屬表面形成趨膚效應。由于較小的趨膚深度，因此會在表面形成比較強的電磁場分布，尤其是在比較狹小空間或者尖銳的結構上，會極大增強局域電磁場，類似于生活中尖端放電效果。因此，本工作就是利用這個原理，設計比較納米級的金屬狹縫，實現超高局域電磁場增強。
圖2. a和b實驗上測量和計算出在固定70nm狹縫結構上電磁場增強譜線。c.實驗上給出不同寬度的納米狹縫在不同太赫茲波頻下的電磁場增強效果。
實驗上雖然給出很漂亮的數據曲線，但對于此現象沒辦法用物理機制去刻畫，相當于中間電磁響應過程是個黑盒子，沒有任何頭緒。文中作者考慮到用電磁模擬去定量理解其中過程，給出詳細的電磁場增強的理論數據，使文章質量邁向一個更高的檔次。接下來，文中最重要的數據圖，就是理論模擬的圖，從下面給出來：
圖3 a-b.不同納米間隙上的x分量電場增強。 c-d.與b相同間隙上z方向電場分量分布和y方向磁場分量分布，e中提取b和d的電磁場增強的曲線，f.給出能流玻印亭矢量分布。g中理論上給出不同寬度的納米狹縫在不同太赫茲波頻下的電磁場增強效果。
理論計算給出的機理圖主要是電磁近場分布增強和不同頻率下增強譜線。根據不同間隙電磁場增強分布的計算，可以明確得到越窄的間隙，電磁場增強效果越明顯。同時，給出磁場分量，更清晰的認識整個電磁響應過程中不僅是電場增強分布，還能比較明確得到磁場的分布。在空間上如果定量得到具體的電磁數值，可以通過軟件上拉線提取，如同e中的分布。
除此之外，文中還可以清晰的給出能量的分布。f圖中接著計算出了不同頻率上不同金屬納米間隙的電磁場增強效果，與實驗上圖3c吻合的非常好。在相同納米間隙結構上，越長波長的太赫茲趨膚效應越明顯，電磁場增強越強，也符合基本的電磁場理論。
因此，本篇工作實驗和理論模擬非常自恰，清理的理解了金屬納米狹縫對太赫茲波電磁場增強的效果。該工作為金屬在納米光子學中的應用奠定了理論基礎，為后來等離激元和超材料領域做了突出的貢獻，因此最終發表在Nature Photonics上。
最終，我們也可以深刻的認識到，COMSOL在未來科研領域會發揮越來越重要作用,尤其是有利于推動交叉學科的發展。
