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 Доступ платный или 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

© Российская академия наук, 2025