COMPARATIVE ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF SURFACE QUANTUM EFFECTS ON THE OPTICAL CHARACTERISTICS OF NANOPARTICLES OF ALKALI AND NOBLE METALS

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Based on the discrete element method, a mathematical model has been built making it possible to carry out a comparative analysis of the influence of volume and surface quantum effects on the optical properties of alkali and noble metal nanoparticles located in a dense external environment. A significant difference in the manifestations of volume and surface quantum effects in alkali metal nanoparticles has been detected. In particular, in such particles plasmon resonance in the case of volume quantum effect shifts to the shortwave region (blue shift) while the surface effect leads to a shift to the longwave region (red shift). It is shown that this shift significantly depends on the density of the environment and can reach 50 nm in the spectral region.

Sobre autores

Yu. Eremin

Lomonosov MSU

Email: eremin@cs.msu.ru
Moscow

V. Lopushenko

Lomonosov MSU

Email: lopushnk@cs.msu.ru
Moscow

Bibliografia

  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.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».