ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ДИФРАКЦИИ ДЛЯ ПАРНЫХ НАНОЧАСТИЦ С УЧЁТОМ КВАНТОВЫХ ЭФФЕКТОВ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Разработан и реализован численный метод решения граничной задачи дифракции на системе парных наночастиц с субнанометровым зазором. Граничная задача дифракции включает в себя систему уравнений Максвелла и мезоскопические граничные условия с параметрами Фейбельмана. Решение задачи построено с помощью математически обоснованного метода дискретных источников с расположением источников для внутреннего поля в комплексной плоскости. Для пары золотых наночастиц проведён численный анализ влияния квантовых эффектов на интенсивность полей в субнанометровом зазоре. Установлено, что квантовые эффекты оказывают существенное влияние на характеристики полей, в частности, снижение амплитуды плазмочного резонанса может достигать 65 %, а величина сдвига его положения в длинноволновую область доходит до 25 нм.

Об авторах

Ю. А Еремин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: eremin@cs.msu.ru
Russia

В. В Лопушенко

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: lopushnk@cs.msu.ru
Russia

Список литературы

  1. Zhang, C. Active plasmonic nanodevices: from basic principles to emerging applications (review) / C. Zhang, T. Ding // Responsive Materials. — 2024. — V. 2, № 4. — Art. e20240024.
  2. Single-molecule surface enhanced Raman spectroscopy / Y. Qiu, C. Kuang, X. Liu, L. Tang // Sensors. — 2022. — V. 22, № 13. — Art. 4889.
  3. Arrays of plasmonic nanoparticle dimers with defined nanogap spacers / H.H. Jeong, M.C. Adams, P. Günther [et al.] // ACS Nano. — 2019. — V. 13, № 10. — P. 11453–11459.
  4. Tunable SERS enhancement via sub-nanometer gap metasurfaces / S.J. Bauman, A.A. Darweesh, M. Furr [et al.] // ACS Appl. Mater. Interfaces. — 2022. — V. 14, № 13. — P. 15541–15548.
  5. High performance blended nanofluid based on gold nanorods chain for harvesting solar radiation / S. Farooq, D. Ratiwa, Z. Said, R.E. de Araujo // Appl. Therm. Eng. — 2023. — V. 218. — Art. 119212.
  6. Extreme nanophotonics from ultrathin metallic gaps / J.J. Baumberg, J. Aizpurua, M.H. Mikkelsen, D.R. Smith // Nature Materials. — 2019. — V. 18. — P. 668–678.
  7. Quantum mechanics in plasmonic nanocavities: from theory to applications (review) / T. Ding, C. Tserkezis, C. Mystilidis [et al.] // Adv. Physics Res. — 2025. — Art. 2400144.
  8. Mortensen, N.A. Mesoscopic electrodynamics at metal surfaces / N.A. Mortensen // Nanophotonics. — 2021. — V. 10. — P. 2563–2616.
  9. Stamatopoulou, P.E. Finite-size and quantum effects in plasmonics: manifestations and theoretical modelling [invited] / P.E. Stamatopoulou, C. Tserkezis // Optical Materials Express. — 2022. — V. 12, № 5. — P. 1869–1893.
  10. Еремин, Ю.А. Квазиклассические модели квантовой наноплазмоники на основе метода дискретных источников (обзор) / Ю.А. Еремин, А.Г. Свешников // Журн. вычислит. математики и мат. физики. — 2021. — Т. 61, № 4. — С. 34–62.
  11. Гришина, Н.В. Анализ плазмонных резонансов близко расположенных частиц методом дискретных источников / Н.В. Гришина, Ю.А. Еремин, А.Г. Свешников // Оптика и спектроскопия. — 2012. — Т. 113, № 4. — С. 484–489.
  12. Купрадзе, В.Д. О приближённом решении задач математической физики / В.Д. Купрадзе // Успехи мат. наук. — 1967. — Т. 22, № 2. — С. 58–104.
  13. Еремин, Ю.А. Анализ методом дискретных источников дифракции электромагнитных волн на трехмерных рассеивателях / Ю.А. Еремин, А.Г. Свешников // Журн. вычислит. математики и мат. физики. — 1999. — Т. 39, № 12. — С. 2050–2063.
  14. Свешников, А.Г. Теория функций комплексной переменной / А.Г. Свешников, А.Н. Тихонов. — М. : Физматлит, 2005. — 336 с.
  15. Еремин, Ю.А. Численный метод решения задач дифракции, описываемой уравнениями Максвелла с мезоскопическими граничными условиями / Ю.А. Еремин, В.В. Лопушенко // Дифференц. уравнения. — 2024. — Т. 60, № 8. — С. 1100–1111.
  16. Колтон, Д. Методы интегральных уравнений в теории рассеяния / Д. Колтон, Р. Кресс. — М. : Мир, 1987. — 311 с.
  17. Setukha, A.V. Method of boundary integral equations with hypersingular integrals in boundary-value problems / A.V. Setukha // J. Math. Sci. — 2021. — V. 257, № 1. — P. 114–126.
  18. Сетуха, А.В. Об аппроксимации поверхностных производных функций с применением интегральных операторов / А.В. Сетуха // Дифференц. уравнения. — 2023. — Т. 59, № 6. — С. 828–842.
  19. Hohenester, U. Nanoscale electromagnetism with the boundary element method / U. Hohenester, G. Unger // Phys. Rev. B. — 2022. — V. 105. — Art. 075428.
  20. Quantum-informed plasmonics for strong coupling: the role of electron spill-out / I.J. Bundgaard, C.N. Hansen, P.E. Stamatopoulou, C. Tserkezis // J. Optical Society of America B. — 2024. — V. 41, № 5. — P. 1144–1152.
  21. New scheme of the discrete sources method for two-dimensional scattering problems by penetrable obstacles / Yu.A. Eremin, N.L. Tsitsas, M. Kouroublakis, G. Fikioris // J. Comput. Appl. Math. — 2023. — V. 417, № 2. — Art. 114556.
  22. Воеводин, В.В. Матрицы и вычисления / В.В. Воеводин, Ю.А. Кузнецов. — М. : Наука, 1984. — 320 с.
  23. Eremina, E. Computational nano-optic technology based on discrete sources method / E. Eremina, Y. Eremin, T. Wriedt // J. Modern Opt. — 2021. — V. 58, № 5-6. — P. 384-399.
  24. Nonlocal optical response in metallic nanostructures / S. Raza, S.I. Bozhevolnyi, M. Wubs, N.A. Mortensen // J. Physics: Condens. Matter. — 2015. — V. 27, № 18. — Art. 183204.
  25. Polyanskiy, M.N. Refractiveindex.info database of optical constants / M.N. Polyanskiy // Scientific Data. — 2024. — V. 11. — Art. 94.
  26. Nonlocal effects in plasmon-emitter interactions / M.H. Eriksen, C. Tserkezis, N.A. Mortensen, J.D. Cox // Nanophotonics. — 2024. — V. 13, № 15. — P. 2741-2751.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025