Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2020
Ключевые слова: наночастица, решеточный резонанс, фотоника, размерные эффекты
Аннотация: В рамках второго этапа выполнения проекта исследовано проявление мод высших порядков в массивах резонансных наночастиц. На примере массивов из наночастиц алюминия и золота исследовалось возбуждение помимо электродипольных (ED), магнитодипольных (MD) еще и резонансов более высокого порядка - электроквадрупольных (EQ) и магнитоквадруПоказать полностьюпольных (MQ). Исследование проводилось с использованием разработанного в рамках проекта программного обеспечения на основе многочастичной теории Ми. Разработанное программное обеспечение позволяет рассчитывать спектры экстинкции, рассеяния и поглощения конечных структур из сферических наночастиц из любых материалов. Пакет основан на многочастичной (обобщенной) теории Ми. Для решения поставленных в проекте задач была реализована возможность расчета не только компонент экстинкции (ED, MD, EQ, MQ) но и фаз каждой из компонент как в экстинкции, так и в отражении, а также радиального распределения рассеянного поля. Для моделирования бесконечных структур в проекте использовался метод конечных разностей во временной области. Показано, что узкие гибридные мультипольные резонансы (EQ+MD) в конечных решетках имеют существенно меньшую добротность, чем предсказывается для идеально периодических (бесконечных) решеток, в то время как широкий резонанс ED оказывается одинаковым как в бесконечных решетках, так и в относительно больших конечных решетках. Показано, что пространственное распределение фазы для EQ моды имеет значительные неоднородности, в то время как для мод MD и ED оно относительно однородно для больших массивов, что объясняет наблюдаемое спектральное поведение для конечных и бесконечных структур. Исследована эволюция пространственного распределения эффективности экстинкции и соответствующих фаз отдельных мод с увеличением числа частиц в структуре. Полученные результаты и разработанное программное обеспечение могут быть использованы при проектировании экспериментальных систем, где равномерный электромагнитный отклик между наночастицами в массиве имеет важное значение, например, в поверхностно-усиленном комбинационном рассеянии и других приложениях. Кроме того, полученные результаты могут стать основой для решения задач оптимизации, основной целью которых является достижение высокодобротного отклика, схожего с откликом бесконечной системы, но в компактных структурах конечного размера с заданными локальными геометрическими параметрами. Помимо систем из плазмонных частиц, были исследованы оптические свойства гибридных структур на примере решетки в виде плазмонной (золото) структуры пчелиных сот с внедренными в нее частицами из кремния. Получены спектры экстинкции (и их мультипольное разложение) таких гибридных структур а также спектры парциального вклада каждой из подрешеток в отдельности. Показано, что гибридизация мод, локализованных на отдельных частицах, существенно зависит от материала НЧ. В частности, MD и MQ кремниевых частиц слабо взаимодействует с аномалиями Рэлея, в то время как спектральное положение ED и EQ во многом определяется аномалиями Рэлея. По результатам проведенных исследований была подготовлена и опубликована статья в журнале Photonics (Scimago Q1).