Численное моделирование генерации кратных гармоник группой плазмонных наночастиц
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2014.7.2.13Ключевые слова:
нелинейная плазмоника, металлические наночастицы, генерация третьей гармоникиАннотация
Рассматривается теоретическая (математическая) модель нелинейных плазменных колебаний в металлических наночастицах. Основное уравнение движения выводится из принципа наименьшего действия и дополняется уравнением неразрывности, следующим из вариационной и дифференциальной формулировок закона сохранения заряда. Наличие необратимых процессов учитывается путем встраивания в функционал действия диссипативной функции полиномиального вида. Из анализа структуры уравнения Эйлера-Лагранжа выводится выражение тензора напряжений системы «электронный газ - ионный остов». Приводится формулировка начальной краевой задачи для системы нелинейных интегро-дифференциальных уравнений, описывающих динамику электронного газа. С использованием конечно-разностной аппроксимации разработаны итерационный метод и алгоритм решения этой задачи. С их помощью исследуются эффекты генерации нечетных кратных гармоник (третьей и пятой) электромагнитного поля группой металлических наночастиц, облучаемых монохроматическим источником. Показывается необходимость присутствия слагаемых высших порядков разложения в структуре диссипативной силы для обеспечения устойчивости движения электронного континуума. Получены оценки параметра функции плотности, гарантирующего устойчивую генерацию. Данные оценки сопоставляются с аналогичными, следующими как из теории электронного строения атомов металлов, принадлежащих первой группе периодической системы, так и из теории Друде.
Скачивания
Библиографические ссылки
Serebrennikov A.M. On the nonlinear mechanoplasmonic theory of frequency scaling and mixing effects // Plasmonics. - 2013 - V. 8, no. 3. - P. 1299-1308.
2. Майер С.А. Плазмоника: теория и приложения. - М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2011. - 296 с.
3. Hiremath K.R., Zschiedrich L., Schmidt F. Numerical solution of nonlocal hydrodynamic Drude model for arbitrary shaped nano-plasmonic structures using Nédélec finite elements // J. Comput. Phys. - 2012. - Vol. 231, no. 17. - P. 5890-5896. DOI
4. Toscano G., Raza S., Jauho A.P., Mortensen N.A., Wubs M. Modified field enhancement and extinction by plasmonic nanowire dimers due to nonlocal response // Opt. Express. - 2012. - Vol. 20, no. 4. - P. 4176-4188. DOI
5. Scalora M., Vincenti M.A., de Ceglia D., Roppo V., Centini M., Akozbek N., Bloemer M.J. Second- and third-harmonic generation in metal-based structures // Phys. Rev. A. - 2010. - Vol. 82. - 043828. DOI
6. Vincenti M.A., Campione S., de Ceglia D., Capolino F., Scalora M. Gain-assisted harmonic generation in near-zero permittivity metamaterials made of plasmonic nanoshells // New J. Phys. - 2012. - Vol. 14, no. 10. - 103016. DOI
7. Ахмедиев Н.Н., Анкевич А. Солитоны. Нелинейные импульсы и пучки. - М.: Физматлит, 2003. - 304 с.
8. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика: Квантовая механика. - М.: Физматлит, 2001. - T. 3. - 808 с.
9. Kohn W. Nobel Lecture: Electronic structure of matter-wave functions and density functionals // Rev. Mod. Phys. - 1999. - Vol. 71, no. 5. - P. 1253-1266.
10. Седов Л.И. Механика сплошной среды. - М.: Наука, 1970. - T. 1. - 492 с.
11. Баранов А.А., Колпащиков В.Л. Релятивистская термомеханика сплошных сред. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 152 с.
12. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. - М.: Радио и связь, 2000. - 536 с.
13. Ольховский И.И. Курс теоретической механики для физиков. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1978. - 575 с.
14. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика: Теория поля. - М.: Физматлит, 2003. - T. 2. - 536 с.
15. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. - М.: Высшfz школа, 2000. - 494 с.
16. Schumacher T., Kratzer K., Molnar D., Hentschel M., Giessen H., Lippitz M. Nanoantenna-enhanced ultrafast nonlinear spectroscopy of a single gold nanoparticle // Nature Communications. - 2011. - Vol. 2. - Article number: 333. DOI
17. Lippitz M., van Dijk M.A., Orrit M. Third-harmonic generation from single gold nanoparticles // Nano Lett. - 2005. - Vol. 5, no. 4. - P. 799-802. DOI
18. Slablab A., Xuan L.L., Zielinski M., de Wilde Y., Jacques V., Chauvat D., Roch J.-F. Second-harmonic generation from coupled plasmon modes in a single dimer of gold nanospheres // Opt. Express. - 2012. - Vol. 20, no. 1. - P. 220-227. DOI
19. Thyagarajan K., Rivier S, Lovera A., Martin O.J.F. Enhanced second-harmonic generation from double resonant plasmonic antennae // Opt. Express. - 2012. - Vol. 20, no. 12. - P. 12860-12865. DOI
20. Melentiev P.N., Afanasiev A.E., Kuzin A.A., Baturin A.S., Balykin V.I. Giant optical nonlinearity of a single plasmonic nanostructure // Opt. Express. - 2013. - Vol. 21, no. 12. - P. 13896-13905. DOI
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2014 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
