Гидродинамическое моделирование пространственной дисперсии и поверхностных мод тонких металлических пленок методом конечных разностей

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Алгоритмы моделирования пространственной дисперсии в средах с близкой к нулю диэлектрической проницаемостью (НДП) необходимы для проектирования компактных нелинейно-оптических устройств. Моделирование тонкой металлической пленки с помощью развитого метода конечных разностей во временной области показывает, что наличие пространственной дисперсии увеличивает групповую скорость поверхностной моды вблизи НДП.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Р. Газизов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: almargazizov@kpfu.ru

Институт физики

Россия, Казань

Э. А. Избасарова

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Email: almargazizov@kpfu.ru

Институт физики

Россия, Казань

Список литературы

  1. Kinsey N., DeVault C., Boltasseva A. et al. // Nature Rev. Mater. 2019. V. 4. P. 742.
  2. Liberal I., Engheta N. // Nature Photon. 2017. V.11. P. 149.
  3. Niu X., Hu X., Chu S. et al. // Adv. Opt. Mater. 2018. V. 6. Art. No. 1701292.
  4. Jiang X., Lu H., Li Q. et al. // Nanophoton. 2018. V. 7. No. 11. P. 1835.
  5. Chai Z., Hu X., Wang F. et al. // Adv. Opt. Mater. 2017. V. 5. Art. No. 1600665.
  6. Pshenichnyuk I.A., Kosolobov S.S., Drachev V.P. // Appl. Sciences. 2019. V. 9. Art. No. 4834.
  7. Caspani L., Kaipurath R.P.M., Clerici M. et al. // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 116. Art. No. 233901.
  8. Kaipurath R.M., Pietrzyk M., Caspani L. et al. // Sci. Reports. 2016. V. 6. Art. No. 27700.
  9. Argyropoulos C., D’Aguanno G., Alu A. // Phys. Rev. B. 2014. V. 89. Art. No. 235401.
  10. Vincenti M, de Ceglia D., Ciattoni A. et al. // Phys. Rev. A. 2011. V. 84. Art. No. 063826.
  11. Kharintsev S.S., Kharintonov A.V., Gazizov A.R. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. P. 3862.
  12. Vertchenko L., Akopian N., Lavrinenko A.V. // Sci. Reports. 2019. V. 9. Art. No. 6053.
  13. Yang Y., Lu J., Manjavacas A. et al. // Nature Phys. 2019. V. 15. P. 1022.
  14. Tian W., Liang F., Chi S. et al. // ACS Omega. 2020. V. 5. P. 2458.
  15. Alam M.Z., De Leon I., Boyd R.W. // Science. 2016. V. 352. P. 795.
  16. Zhou Y., Alam M.Z., Karimi M. et al. // Nature Commun. 2020. V. 11. Art. No. 2180.
  17. Kharitonov A.V., Kharintsev S.S. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2022. V. 86. Suppl. 1. P. S92.
  18. Gazizov A.R., Salakhov M.Kh., Kharintsev S.S. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2022. V. 86. Suppl. 1. P. S71.
  19. Газизов А.Р., Харитонов А.В., Харинцев С.С. // Письма в ЖЭТФ. 2021. Т. 113. № 3. C. 152, Gazizov A.R., Kharitonov A.V., Kharintsev S.S. // JETP Lett. 2021. V. 113. No. 3. P. 140.
  20. Газизов А.Р., Салахов М.Х. // Опт. и спектроск. 2023. T. 131. № 11. C. 1515, Gazizov A.R., Salakhov M. Kh. // Opt. Spectrosc. 2023. V. 131. No. 11. P. 1437.
  21. Газизов А.Р., Салахов М.Х., Харинцев С.С. // Письма в ЖЭТФ. 2023. Т. 117. № 9. C. 670, Gazizov A.R., Salakhov M.Kh., Kharintsev S.S. // JETP Lett. 2023. V. 117. No. 9. P. 668.
  22. Scalora M., Trull J., de Ceglia D. et al. // Phys. Rev. A. 2020. V. 101. Art. No. 053828.
  23. Scalora M., Vincenti M.A., de Ceglia D. et al. // Phys. Rev. A. 2018. V. 98. No. 2. Art. No. 023837.
  24. Rodriguez-Sune L., Scalora M., Johnson A.S. et al. // APL Photonics. 2020. V. 5. Art. No. 010801.
  25. de Ceglia D., Campione S., Vincenti M.A. et al. // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. Art. No. 155140.
  26. Ciracì C., Hill R.T., Mock J.J. et al. // Science. 2012. V. 337. No. 6098. P. 1072.
  27. Yee K. // IEEE Trans. Antennas Propag. 1966. V. 14. No. 3. P. 302.
  28. Левковская В.М., Харитонов А.В., Харинцев С.С. // Опт. журн. 2024. Т. 91. № 5. С. 5.
  29. Ciracì C., Pendry J.B., Smith D.R. // Chem. Phys. Chem. 2013. V. 14. P. 1109.
  30. Sullivan D.M. Electromagnetic simulation using FDTD Method. IEEE Press, 2000. 165 p.
  31. Taflove A., Hagness S.C. Computational eletrodynamics: the finite-difference time-domain method. Artech House, 2000. 852 p.
  32. Vassant S., Hugonin J.-P., Marquier F. et al. // Opt. Express. 2012. V. 20. P. 23971.
  33. Campione S., Brener I., Marquier F. // Phys. Rev. B. 2015. V. 91. Art. No. 121408.
  34. Kinsey N., Khurgin J. // Opt. Mater. Express. 2019. V.9. P. 2793.
  35. Харитонов А.В., Газизов А.Р., Харинцев С.С. // Письма в ЖЭТФ. 2021. Т. 114. № 6. C. 756, Kharitonov A.V., Gazizov A.R., Kharintsev S.S. // JETP Lett. 2021. V. 114. No. 6. P. 687.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение моделируемой системы, состоящей из тонкой металлической пленки толщиной d, расположенной на подложке из SiO2 и окруженной воздухом. Плоскость рисунка совпадает с плоскостью XZ. Распространяющий плазмон-поляритон имеет ТМ-поляризацию (вектор E лежит в плоскости рисунка). Внутри пленки с пространственной дисперсией электрическое поле не перпендикулярно волновому вектору.

Скачать (194KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дисперсионные диаграммы собственных мод тонкой металлической пленки в случае отсутствия (а) и наличия (б) пространственной дисперсии, полученные с помощью моделирования. Параметры пленки: d = 20 нм, εb = 5.4, ωp = 1.38·1016 рад/с, γ = 25·1012 рад/с, скорость Ферми vF = 3/137 скорости света. Штриховой линией обозначено положение частоты НДП, штрихпунктирной линией обозначена кривая, определяющая положение моды Берремана (внутри светового конуса) и НДП-моды (вне светового конуса) в случае наличия пространственной дисперсии (б).

Скачать (931KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дисперсионные диаграммы (а) мод тонкой металлической пленки в случае отсутствия пространственной дисперсии и (б) поверхностного плазмон- поляритона, возбуждаемого на поверхности материала с пространственной дисперсией. Скорость Ферми vF = 24/137 скорости света. Штриховой линией обозначено положение частоты НДП, которая определяет также положение моды Берремана (внутри светового конуса) и НДП-моды (вне светового конуса) при отсутствии пространственной дисперсии (а).

Скачать (618KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024