Optical resonances in dimer of spherical metallic nanoparticles

Анотація

Досліджено резонансні оптичні явища в димері, що складається зі сферичних металевих наночастинок. Отримано співвідношення для діагональних компонентів тензорів поляризовності та спектральної добротності, перерізу екстинкції, а також частот поперечного та поздовжнього оптичного резонансу. Встановлено якісну подібність частотних залежностей дійсної й уявної частин, а також модуля поперечної та поздовжньої поляризовності, визначено спектральний зсув екстремумів для поперечної компоненти поляризовності відносно поздовжньої. Показано, що зменшення зазору між наночастинками в димері призводить до підсилення розсіювання та послаблення поглинання енергії, пов’язаної з поздовжніми електричними полями, а також до збільшення розщеплення частот поперечних і поздовжніх оптичних резонансів. Встановлено кількісну близькість теоретичних та експериментальних результатів для димерів сферичних наночастинок Au відносно розщеплення оптичних резонансів. Крім зближення наночастинок, до збільшення розщеплення резонансів також призводить підвищення діелектричної проникності оточуючого середовища та використання для створення димеру наночастинок металів із більшою плазмовою частотою та меншим внеском міжзонних переходів у діелектричну проникність. Досліджено розмірні залежності діагональних компонентів тензора спектральної добротності. Продемонстровано, що зі зменшенням відстані між наночастинками «помірного» радіусу в димері поведінки поперечної та поздовжньої спектральної добротності суттєво відрізняються. Встановлено, що поздовжня спектральна добротність димеру малих наночастинок, розташованих на великій відстані одна від одної, має різкий максимум. Причиною виникнення такого максимуму є значна зміна частоти поздовжнього оптичного резонансу за малої зміни проникності навколишнього діелектрика та зменшення розсіювання поздовжніх електричних полів. Показано доцільність використання димеру малих і досить віддалених одна від одної наночастинок як чутливого елемента сенсора на основі поздовжнього оптичного резонансу.