Tác động của Tiềm năng Coulomb và Tiềm năng Tĩnh điện lên Tần số Riêng của những Plasmon Kết hợp

Plasmonics - Tập 15 - Trang 351-359 - 2019
Lulu Guan1, Jing Zhang1,2, Yonggang Xu1,3, Jianxin Zhang1, Yongfang Li1
1School of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University, Xi’an, China
2School of Electronic Engineering, Xi'an Shiyou University, Xi'an, China
3School of Science, Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an, China

Tóm tắt

Trong bài báo này, một mô hình dao động kết hợp được áp dụng để mô tả các tần số riêng của những plasmon kết hợp, điều này chủ yếu bị chi phối bởi hệ số kết hợp và độ lệch tần số được chúng tôi định nghĩa. Từ đây, chúng tôi trình bày một mô hình vật lý mới để mô tả ảnh hưởng của tiềm năng Coulomb và tiềm năng tĩnh điện (CPEP) lên hệ số kết hợp và độ lệch tần số. Dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn, chúng tôi mô phỏng số sự tiến triển của phổ hấp thụ của đơn vị vi cấu trúc được xây dựng từ một cấu trúc nanomet đơn giản. Kết quả mô phỏng cho thấy hai đỉnh hấp thụ cộng hưởng không đối xứng với sự thay đổi khoảng cách kết hợp giữa các phần tử nanot. Với mô hình CPEP, chúng tôi không chỉ giải thích thành công các hành vi không đối xứng của các giá trị đỉnh của phổ hấp thụ với sự thay đổi khoảng cách kết hợp mà còn thu được các tần số cộng hưởng cho các plasmon khác nhau. Các phổ hấp thụ được mô phỏng bằng mô hình dao động hài, trong đó các tham số được tính toán xuất phát từ mô hình CPEP, và kết quả rất tốt tương ứng với các kết quả mô phỏng số.

Từ khóa

#Coulomb potential; Electrostatic potential; Coupled plasmons; Eigen-frequencies; Absorption spectra; Finite element method

Tài liệu tham khảo

Wu K, Chen J, McBride JR, Lian T (2015) Efficient hot-electron transfer by a plasmon-induced interfacial charge-transfer transition. Science 349(6248):632–635 Ahmadivand A, Sinha R, Gerislioglu B, Karabiyik M, Pala N, Shur M (2016) Transition from capacitive coupling to direct charge transfer in asymmetric terahertz plasmonic assemblies. Opt Lett 41(22):5333–5336 Wu PC, Liao CY, Savinov V, Chung TL, Chen WT, Huang YW, Wu PR, Chen YH, Liu AQ, Zheludev NI, Tsai DP (2018) Optical anapole metamaterial. ACS Nano 12(2):1920–1927 Basharin AA, Chuguevsky V, Volsky N, Kafesaki M, Economou EN (2017) Extremely high Q-factor metamaterials due to anapole excitation. Phys Rev B 95(3):035104 Kaelberer T, Fedotov VA, Papasimakis N, Tsai DP, Zheludev NI (2010) Toroidal dipolar response in a metamaterial. Science 330(6010):1510–1512 Marinov K, Boardman AD, Fedotov VA, Zheludev N (2007) Toroidal metamaterial. New J Phys 9(9):324 Ahmadivand A, Gerislioglu B (2018) Directional toroidal dipoles driven by oblique poloidal and loop currents flows in plasmonic meta-atom. J Phys Chem C 122(42):24304–24308 Zhang S, Genov DA, Wang Y, Liu M, Zhang X (2008) Plasmon-induced transparency in metamaterials. Phys Rev Lett 101(4):047401 Miroshnichenko AE, Flach S, Kivshar YS (2010) Fano resonances in nanoscale structures. Rev Mod Phys 82(3):2257 Hao F, Sonnefraud Y, Dorpe PV, Maier SA, Halas NJ, Nordlander P (2008) Symmetry breaking in plasmonic nanocavities: subradiant LSPR sensing and a tunable Fano resonance. Nano Lett 8(11):3983–3988 Dong ZG, Liu H, Cao JX, Li T, Wang SM, Zhu SN, Zhang X (2010) Enhanced sensing performance by the plasmonic analog of electromagnetically induced transparency in active metamaterials. Appl Phys Lett 97(11):114101 Hokari R, Kanamori Y, Hane K (2014) Fabrication of planar metamaterials with sharp and strong electromagnetically induced transparency like characteristics at wavelengths around 820 nm. J Opt Soc Am B 31(5):1000–1005 Kekatpure RD, Barnard ES, Cai W, Brongersma ML (2010) Phase-coupled plasmon-induced transparency. Phys Rev Lett 104(24):243902 Wang G, Lu H, Liu X (2012) Dispersionless slow light in MIM waveguide based on a plasmonic analogue of electromagnetically induced transparenc. Opt Express 20(19):20902–20907 Yang ZJ, Zhang ZS, Zhang LH, Li QQ, Hao ZH, Wang QQ (2011) Fano resonances in dipole-quadrupole plasmon coupling nanorod dimmers. Opt Lett 36(9):1542–1544 Luk'yanchuk B, Zheludev NI, Maier SA, Halas NJ, Nordlander P, Giessen H, Chong CT (2010) The Fano resonance in plasmonic nanostructures and metamaterials. Nat Mater 9(9):707–715 Mukherjee S, Sobhani H, Lassiter JB, Bardhan R, Nordlander P, Halas NJ (2010) Fanoshells: nanoparticles with built-in Fano resonances. Nano Lett 10(7):2694–2701 Zhang S, Li GC, Chen Y, Zhu X, Liu SD, Lei DY, Duan H (2016) Pronounced Fano resonance in single gold split nanodisks with 15 nm split gaps for intensive second harmonic generation. ACS Nano 10(12):11105–11114 Liu N, Langguth L, Weiss T, Kästel J, Fleischhauer M, Pfau T, Giessen H (2009) Plasmonic analogue of electromagnetically induced transparency at the Drude damping limit. Nat Mater 8(9):758–762 Cui C, Zhou C, Yuan S, Qiu X, Zhu L, Wang Y, Li Y, Song J, Huang Q, Wang Y, Zeng C, Xia J (2018) Multiple Fano resonances in symmetry-breaking Silicon metasurface for manipulating light emission. ACS Photonics 5(10):4074–4080 Ai B, Song C, Bradley L, Zhao Y (2018) Strong Fano resonance excited in an array of nanoparticle-in-ring nanostructures for dual plasmonic sensor applications. J Phys Chem C 122(36):20935–20944 Dong ZG, Liu H, Xu MX, Li T, Wang SM, Zhu SN, Zhang X (2010) Plasmonically induced transparent magnetic resonance in a metallic metamaterial composed of asymmetric double bars. Opt Express 18(17):18229–18234 Tian Y, Ding P, Fan C (2017) Tunable plasmon-induced transparency in plasmonic metamaterial composed of three identical rings. Opt Eng 56(10):107106 Xia SX, Zhai X, Wang LL, Sun B, Liu JQ, Wen SC (2016) Dynamically tunable plasmonically induced transparency in sinusoidally curved and planar graphene layers. Opt Express 24(16):17886–17899 Vafapour Z, Alaei H (2017) Achieving a high Q-factor and tunable slow-light via classical electromagnetically induced transparency (Cl-EIT) in metamaterials. Plasmonics 12(2):479–488 Stete F, Koopman W, Bargheer M (2017) Signatures of strong coupling on nanoparticles: revealing absorption anticrossing by tuning the dielectric environment. ACS Photonics 4(7):1669–1676 Lee S, Park Y, Kim J, Roh YG, Park QH (2018) Selective bright and dark mode excitation in coupled nanoantennas. Opt Express 26(17):21537–21545 Bakhti S, Tishchenko AV, Zambrana-Puyalto X, Bonod N, Dhuey SD, Schuck PJ, Cabrini S, Alayoglu S, Destouches N (2016) Fano-like resonance emerging from magnetic and electric plasmon mode coupling in small arrays of gold particles. Sci Rep 6:32061 Yin S, Lu X, Xu N, Wang S, Yiwen E, Pan X, Xu X, Liu H, Chen L, Zhang W, Wang L (2015) Spoof surface plasmon polaritons in terahertz transmission through subwavelength hole arrays analyzed by coupled oscillator model. Sci Rep 5:16440 Sarkar M, Bryche JF, Moreau J, Besbes M, Barbillon G, Bartenlian B, Canva M (2015) Generalized analytical model based on harmonic coupling for hybrid plasmonic modes: comparison with numerical and experimental results. Opt Express 23(21):27376–27390 Garrido Alzar CL, Martinez MAG, Nussenzveig P (2002) Classical analog of electromagnetically induced transparency. Am J Phys 70(1):37–41 Lassiter JB, Sobhani H, Knight MW, Mielczarek WS, Nordlander P, Halas NJ (2012) Designing and deconstructing the Fano lineshape in plasmonic nanoclusters. Nano Lett 12(2):1058–1062 Lovera A, Gallinet B, Nordlander P, Martin OJF (2013) Mechanisms of Fano resonances in coupled plasmonic systems. ACS Nano 7(5):4527–4536 Cheng H, Chen S, Yu P, Duan X, Xie B, Tian J (2013) Dynamically tunable plasmonically induced transparency in periodically patterned graphene nanostrips. Appl Phys Lett 103(20):203112 Zuloaga J, Nordlander P (2011) On the energy shift between near-field and far-field peak intensities in localized plasmon systems. Nano Lett 11(3):1280–1283 Davis TJ, Gómez DE (2017) Colloquium: an algebraic model of localized surface plasmons and their interactions. Rev Mod Phys 89(1):011003 Ma PP, Zhang J, Liu HH, Zhang J, Xu YG, Wang J, Zhang MQ, Li YF (2016) Plasmon induced transparency in the trimer of gold nanorods. Acta Phys Sin 65(21):217801 Zhang J, Xu YG, Zhang J, Ma PP, Zhang MQ, Li YF (2018) Extended coupled Lorentz oscillator model and analogue of electromagnetically induced transparency in coupled plasmonic structures. J Opt Soc Am B 35(8):1854–1860 Johnson PB, Christy RW (1972) Optical constants of the noble metals. Phys Rev B 6(12):4370–4379 Sidorenko S, Martin OJF (2007) Resonant tunneling of surface plasmon-polaritons. Opt Express 15(10):6380–6388 Berenger JP (1994) A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves. J Comput Phys 114(2):185–200 Mittra R, Pekel U (1995) A new look at the perfectly matched layer (PML) concept for the reflectionless absorption of electromagnetic waves. IEEE Microwave Guid Wave Lett 5(3):84–86 Novotny L (2007) Effective wavelength scaling for optical antennas. Phys Rev Lett 98(26):266802 Cho DJ, Wang F, Zhang X, Shen YR (2008) Contribution of the electric quadrupole resonance in optical metamaterials. Phys Rev B 78(12):121101 Klar T, Perner M, Grosse S, Von Plessen G, Spirkl W, Feldmann J (1998) Surface-plasmon resonances in single metallic nanoparticles. Phys Rev Lett 80(19):4249 Ahmadivand A, Gerislioglu B, Ramezani Z (2019) Generation of magnetoelectric photocurrents using toroidal resonances: a new class of infrared plasmonic photodetectors. Nanoscale 11:13108–13116