ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ СВОЙСТВ ПАРНЫХ НАНОЧАСТИЦ С МЕЗОСКОПИЧЕСКИМИ ГРАНИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ МЕТОДОМ ДИСКРЕТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Метод дискретных источников был адаптирован к вычислению интенсивности полей в нанометровом зазоре пары плазмонных наночастиц с учетом квантовых эффектов, описываемых мезоскопическими граничными условиями с параметрами Фейбельмана. На основе вычислительного эксперимента установлено, что для частиц из благородных металлов учет квантового эффекта приводит к сдвигу плазмонного резонанса в коротковолновую область (blue shift) и снижению его амплитуды (damping). В случае же щелочного металла учет квантового эффекта приводит к сдвигу плазмонного резонанса в длинноволновую область (red shift), а при уменьшении зазора до 1–2 нм наблюдается рост интенсивности в зазоре (enhancement). Анализ распределения интенсивности по поверхности частиц позволил определить, что ее наибольшие значения достигаются на концах частиц, причем абсолютный максимум наблюдается на концах, обращенных внутрь зазора. Кроме того, установлено, что интенсивность поля вдоль поверхности частиц может меняться на четыре порядка величин на протяжении всего 12 нм, что составляет лишь 1.5% длины волны внешнего возбуждения.

Об авторах

Ю. А Еремин

МГУ имени М.В. Ломоносова

Email: eremin@cs.msu.ru
Москва,Россия

В. В Лопущенко

МГУ имени М.В. Ломоносова

Email: lopusink@cs.msu.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Jeong H.H., Adams M.C., Gunther J.P., et al. Arrays of Plasmonic Nanoparticle Dimers with Defined Nanogap Spacers // ACS Nano. 2019. V. 13. P. 11453–11459.
  2. Bauman S.J., Darweesh A.A., Furr M., et al. Tunable SERS Enhancement via Sub-Nanometer Gap Metasurfaces // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022. V. 14. P. 15541–15548.
  3. Jin H., Cai Y., Song C., et al. Advances in single-molecule surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) for biosensing // Vibrational Spectroscopy. 2025. V. 138. 103784.
  4. Yamamoto T., Yamane H., Yokoshi N., et al. Optical imaging of a single molecule with subnanometer resolution by photoinduced force microscopy // ACS Nano. 2024. V. 18. № 2. P. 1724–1732.
  5. Nan L., Girdalez-Martinez J., Stefancu A., et al. Investigating plasmonic catalysis kinetics on hot-spot engineered nanoantennae // Nano Lett. 2023. V. 23. № 7. P. 2883–2889.
  6. Singh S., Kumar V., Dhanjal D.S., et al. Biological Biosensors for Monitoring and Diagnosis/ In Microbial Biotechnology: Basic Research and Applications. 2020. P. 317–335.
  7. Zheng Y., Song X., Fredj Z., et al. Challenges and perspectives of multi-virus biosensing techniques: a review // Anal. Chim. Acta. 2023. V. 1244. № 4. 340860.
  8. Mortensen N.A. Mesoscopic electrodynamics at metal surfaces (Review) // Nanophotonics. 2021. V. 10. № 10. P. 2563–2616.
  9. Stamatopoulou P.E., Tserkezis C. Finite-size and quantum effects in plasmonics: manifestations and theoretical modelling [Invited] // Optical Materials Express. 2022. V. 12. № 5. P. 1869–1893.
  10. Baghranyan H.M., Ciraci C. Fluorescence Quenching in Plasmonic Dimers Due to Electron Tunneling // Nanophotonics. 2022. V. 11. P. 2473–2482.
  11. David C., Garcia de Abajo F.J. Spatial Nonlocality in the Optical Response of Metal Nanoparticles // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 15. P. 19470–19475.
  12. 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.
  13. Babaze A., Ogando E., Stamatopoulou P.E., et al. Quantum Surface Effects in the Electromagnetic Coupling between a Quantum Emitter and a Plasmonic Nanoantenna: Time-Dependent Density Functional Theory vs. Semiclassical Feibelman Approach // Opt. Express. 2022. V. 30. 21159.
  14. 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.
  15. Baghramyan H., Sala F.D., Ciraci C. Laplacian-Level Quantum Hydrodynamic Theory for Plasmonics // Phys. Rev. X. 2024. V. 11. L011049.
  16. Zhou Q., Zhang P., Chen X. Quasinormal mode theory for nanoscale electromagnetism informed by quantum surface response // Phys. Rev. B. 2022. V. 105. № 12. L125419.
  17. Yang Y., Zhu D., Yan W., et al. A general theoretical and experimental framework for nanoscale electromagnetism // Nature. 2019. V. 576. Р. 248–252.
  18. 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. № 5. Р. 710.
  19. Khalid M., Morandi O., Mallet E., et al. Influence of the Electron Spill-out and Nonlocality on Gap Plasmons in the Limit of Vanishing Gaps // Phys. Rev. B, 2021. V. 104. L155435.
  20. Epемин Ю.А., Свечников А.Г. Кавзликлассические модели квантовой наноплазмоники на основе метода Дискретных источников (обзор) // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2021. Т. 61. № 4. С. 34–62.
  21. Epемин 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.
  22. Epемин Ю.А., Лопушенко В.В. Сравнительный анализ влияния поверхностных квантовых эффектов на оптические характеристики наночастиц щелочных и благородных металлов // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2024. Т. 64. № 7. С. 207–215.
  23. Колтон Д., Кресс Р. Методы интегральных уравнений в теории рассеяния. М.: Мир, 1987.
  24. 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. № 18. Р. 183204.
  25. Zhang H., Huang C. Optical response and spill-out effects of metal nanostructures with arbitrary shape // J. Opt. Soc. Am. B. 2021. V. 38. № 11. Р. 3285–3291.
  26. Bundgaard I.J., Hansen C.N., Stamatopoulou P.E., Tserkezis C. Quantum-informed plasmonics for strong coupling: the role of electron spill-out // JOSA B. 2024. V. 41. № 5. Р. 1144–1152.
  27. Polyanskiy M.N.. Refractiveindex.info database of optical constants // Scientific Data. 2024. V. 11. Art. 94. https://refractiveindex.info.
  28. Eriksen M.H., Tserkezis C., Mortensen N.A., Cox J.D. Nonlocal effects in plasmon-emitter interactions // Nanophotonics. 2024. V. 13. № 15. Р. 2741–2751.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

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».