金属独一无二的光学性质在很多科研和应用方面起到关键的作用，比如超材料、等离激元、超透镜、亚衍射光学聚焦、光学天线以及表面增强拉曼散射等。

贵金属的趋肤效应主要其良好的导电性质，将电磁波局域在表面，很难穿透到其内部。贵金属的趋肤深度在纳米光学中具有重要的应用，可以在微波、太赫兹、红外、可见、深紫外等宽波段上应用在超材料和等离激元等领域。

COMSOL在电磁领域应用广泛，在波动光学频域范围内有两大模块：RF和波动光学模块，对于解决纳米光子学领域中各种重要的问题具有强大的优势。在贵金属纳米光学领域，COMSOL发挥了不可替代的作用，提供了更深入的物理机制解释。因此，在这方面科研文章中，COMSOL往往使其质量提升很高的一个档次，在各种顶级刊上都会有它的身影。

今天，我们先给大家分享一篇发表在Nature Photonics上的工作（Nature Photonics,2009, 3(3): 152.），介绍COMSOL在金属纳米狭缝来增强太赫兹场方面的应用。（后续会有系列COMSOL的顶刊文章解读，感兴趣的可以关注。）

图1 a.示意图：太赫兹波照射在纳米间隙上,形成比较强的电磁场增强。b.实验上在未经过刻蚀狭缝时的电子显微镜形貌图。c.经过刻蚀加工后得到70nm宽的狭缝图以及实验上测量电场增强的装置示意图。

图1主要给出了本工作的原理示意图和器件加工示意图以及实验测量装置示意图。原理上主要是由于，贵金属尤其是金是一个良导体，当电磁膜照射上去之后，会在其内部电磁波指数式衰减，因此所有的电磁场只会存在于金属表面形成趋肤效应。由于较小的趋肤深度，因此会在表面形成比较强的电磁场分布，尤其是在比较狭小空间或者尖锐的结构上，会极大增强局域电磁场，类似于生活中尖端放电效果。因此，本工作就是利用这个原理，设计比较纳米级的金属狭缝，实现超高局域电磁场增强。

图2. a和b实验上测量和计算出在固定70nm狭缝结构上电磁场增强谱线。c.实验上给出不同宽度的纳米狭缝在不同太赫兹波频下的电磁场增强效果。

实验上虽然给出很漂亮的数据曲线，但对于此现象没办法用物理机制去刻画，相当于中间电磁响应过程是个黑盒子，没有任何头绪。文中作者考虑到用电磁模拟去定量理解其中过程，给出详细的电磁场增强的理论数据，使文章质量迈向一个更高的档次。接下来，文中最重要的数据图，就是理论模拟的图，从下面给出来：

图3 a-b.不同纳米间隙上的x分量电场增强。 c-d.与b相同间隙上z方向电场分量分布和y方向磁场分量分布，e中提取b和d的电磁场增强的曲线，f.给出能流玻印亭矢量分布。g中理论上给出不同宽度的纳米狭缝在不同太赫兹波频下的电磁场增强效果。

理论计算给出的机理图主要是电磁近场分布增强和不同频率下增强谱线。根据不同间隙电磁场增强分布的计算，可以明确得到越窄的间隙，电磁场增强效果越明显。同时，给出磁场分量，更清晰的认识整个电磁响应过程中不仅是电场增强分布，还能比较明确得到磁场的分布。在空间上如果定量得到具体的电磁数值，可以通过软件上拉线提取，如同e中的分布。

除此之外，文中还可以清晰的给出能量的分布。f图中接着计算出了不同频率上不同金属纳米间隙的电磁场增强效果，与实验上图3c吻合的非常好。在相同纳米间隙结构上，越长波长的太赫兹趋肤效应越明显，电磁场增强越强，也符合基本的电磁场理论。

因此，本篇工作实验和理论模拟非常自恰，清理的理解了金属纳米狭缝对太赫兹波电磁场增强的效果。该工作为金属在纳米光子学中的应用奠定了理论基础，为后来等离激元和超材料领域做了突出的贡献，因此最终发表在Nature Photonics上。

最终，我们也可以深刻的认识到，COMSOL在未来科研领域会发挥越来越重要作用,尤其是有利于推动交叉学科的发展。