СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ КВАНТОВЫХ ЭФФЕКТОВ НА ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОЧАСТИЦ ЩЕЛОЧНЫХ И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основе метода дискретных источников построена математическая модель, позволяющая проводить сравнительный анализ влияния объемных и поверхностных квантовых эффектов на оптические свойства наночастиц щелочных и благородных металлов, располагающихся в плотной внешней среде. Установлено существенное отличие в проявлениях объемных и поверхностных квантовых эффектов в частицах щелочного металла. В частности, в таких частицах сдвиг плазмонного резонанса в случае объемного квантового эффекта происходит в область коротких волн (blue shift), в то время как поверхностный эффект приводит к сдвигу в длинноволновую область (red shift). Показано, что этот сдвиг существенно зависит от плотности окружающей среды и может достигать 50 нм в спектральной области. Библ. 26. Фиг. 4.

Об авторах

Ю. А Еремин

МГУ имени М. В. Ломоносова, ВМК

Email: eremin@cs.msu.ru
Москва

В. В Лопушенко

МГУ имени М. В. Ломоносова, ВМК

Email: lopushnk@cs.msu.ru
Москва

Список литературы

  1. Shi H., Zhu X., Zhang S., et al. Plasmonic metal nanostructures with extremely small features: New effects, fabrication and applications // Nanoscale Adv. 2021. V. 3. 4349.
  2. David C., Garca de Abajo F. Spatial Nonlocality in the Optical Response of Metal Nanoparticles // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 15. Р. 19470–19475.
  3. David C., Garca de Abajo F. Surface plasmon dependence on the electron density profile at metal surfaces // ACS Nano. 2014. V. 8.N9. 9558.
  4. Savage K. J., Hawkeye M. M., Esteban R., et al. Revealing the Quantum Regime in Tunnelling Plasmonics // Nature. 2012. V. 491. Р. 574–577.
  5. Mortensen N. A., Raza S., Wubs M., et al. A generalized non-local optical response theory for plasmonic nanostructures // Nat. Commun. 2014. V. 5. 3809.
  6. Toscano G., Straubel J., Kwiatkowski A., et al. Resonance shifts and spill-out effects in self-consistent hydrodynamic nanoplasmonics // Nat. Commun. 2015. V. 6. 7132.
  7. Tserkezis C., Yan W., Hsieh W., et al. On the Origin of Nonlocal Damping in Plasmonic Monomers and Dimers // Int. J. Mod. Phys. B. 2017. V. 31. 1740005.
  8. Kupresak M., Zheng X., Vandenbosch G. A. E., Moshchalkov V. V. Appropriate Nonlocal Hydrodynamic Models for the Characterization of Deep-Nanometer Scale Plasmonic Scatterers // Adv. Theory Simul. 2020. V. 3. 1900172.
  9. Mortensen N. A. Mesoscopic electrodynamics at metal surfaces (Review) // Nanophotonics 2021. V. 10. N 10. Р. 2563–2616.
  10. Echarri R. A, Goncalves P. A. D., Tserkezis C., et al. Optical response of noble metal nanostructures: Quantum surface effects in crystallographic facets // Optica. 2021. V. 8. N 5. Р. 710–721.
  11. Stamatopoulou P. E., Tserkezis C. Finite-size and quantum effects in plasmonics: manifestations and theoretical modelling [Invited] // Optical Materials Express. 2022. V. 12. N. 5. Р. 1869–1893.
  12. Feibelman P. J. Surface electromagnetic fields // Prog. Surf. Sci. 1982. V. 12. Р. 287–407.
  13. Yang F., Ding K. Transformation optics approach to mesoscopic plasmonics // Phys. Rev. B. 2022. V. 105. L121410.
  14. Еремин Ю. А., Свешников А. Г. Квазиклассические модели квантовой наноплазмоники на основе метода Дискретных источников (обзор) //Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2021. Т. 61. № 4. С. 34– 62.
  15. Еремин Ю. А., Лопушенко В. В. Анализ влияния квантовых эффектов на оптические характеристики плазмонных наночастиц методом дискретных источников // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2023. Т. 63. № 11. С. 1911–1921.
  16. Eremin Yu. A., Tsitsas N. L., Kouroublakis M., Fikioris G. New scheme of the discrete sources method for two-dimensional scattering problems by penetrable obstacles // J. Computat. Appl. Math. 2023. V. 417. 114556.
  17. Колтон Д., Кресс Р. Методы интегральных уравнений в теории рассеяния. М.: Мир, 1987.
  18. Raza S., Bozhevolnyi S. I., Wubs M., Mortensen N. A. Nonlocal optical response in metallic nanostructures. Topical Review // J. Phys. Condens. Matter. 2015. V. 27. N183204.
  19. Mortensen N. A., Goncalves P. A. D., Shuklin F. A., et al. Surface-response functions obtained from equilibrium electron-density profiles // Nanophotonics. 2021. V. 10. N 14. Р. 3647–3657.
  20. Goncalves P. A. D., Christensen T., Rivera N., et al. Plasmon–emitter interactions at the nanoscale // Nat. Commun. 2020. V. 11. Р. 366.
  21. Еремин Ю. А., Свешников А. Г. Математические модели задач нанооптики и биофотоники на основе метода дискретных источников // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2007. Т. 47. № 2. C. 266.
  22. Eriksen M. H., Tserkezis C., Mortensen N. A., Cox J. D. Nonlocal effects in atom-plasmon interactions // ArXiv. 2023. 2308.09134v.
  23. Bundgaard I. J., Hansen C. N., Stamatopoulou P. E., Tserkezis C. Quantum-informed plasmonics for strong coupling: the role of electron spill-out // ArXiv. 2023. 2311.06030v.
  24. Zhang H., Huang C. Optical response and spill-out effects of metal nanostructures with arbitrary shape // J. Opt. Soc. Am. B. 2021. V. 38.N 11. Р. 3285–3291.
  25. Johnson P. B., Christy R. W. Optical constants of the noble metals//Phys. Rev. B. 1972. V. 6. Р. 4370–4379.
  26. Smith N. V. Optical constants of sodium and potassium from 0.5 to 4.0 eV by split-beam ellipsometry // Phs. Rev. 1969. V. 183. Р. 634–644.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024