Численное моделирование генерации кратных гармоник группой плазмонных наночастиц
Автор: Серебренников Алексей Михайлович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 2 т.7, 2014 года.
Бесплатный доступ
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.
Нелинейная плазмоника, металлические наночастицы, генерация третьей гармоники
Короткий адрес: https://sciup.org/14320714
IDR: 14320714 | DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.2.13
Список литературы Численное моделирование генерации кратных гармоник группой плазмонных наночастиц
- Serebrennikov A.M. On the nonlinear mechanoplasmonic theory of frequency scaling and mixing effects//Plasmonics. -2013 -V. 8, no. 3. -P. 1299-1308.
- Майер С.А. Плазмоника: теория и приложения. -М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2011. -296 с.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Ахмедиев Н.Н., Анкевич А. Солитоны. Нелинейные импульсы и пучки. -М.: Физматлит, 2003. -304 с.
- Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика: Квантовая механика. -М.: Физматлит, 2001. -T. 3. -808 с.
- Kohn W. Nobel Lecture: Electronic structure of matter-wave functions and density functionals//Rev. Mod. Phys. -1999. -Vol. 71, no. 5. -P. 1253-1266.
- Седов Л.И. Механика сплошной среды. -М.: Наука, 1970. -T. 1. -492 с.
- Баранов А.А., Колпащиков В.Л. Релятивистская термомеханика сплошных сред. -М.: Едиториал УРСС, 2003. -152 с.
- Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. -М.: Радио и связь, 2000. -536 с.
- Ольховский И.И. Курс теоретической механики для физиков. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1978. -575 с.
- Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика: Теория поля. -М.: Физматлит, 2003. -T. 2. -536 с.
- Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. -М.: Высшfz школа, 2000. -494 с.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
