Локализованные плазмоны и плазмонные резонансы куполообразных выпуклостей и вогнутостей на плоской поверхности металла

Ссылка для цитирования:

Дышлюк А.В., Витрик О.Б. Локализованные плазмоны и плазмонные резонансы куполообразных выпуклостей и вогнутостей на плоской поверхности металла // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 4. С. 18–28. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-04-18-28

Dyshlyuk A.V., Vitrik O.B. Localized plasmons and plasmon resonances of domeshaped bumps and dimples of a flat metal surface [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 4. P. 16–26. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-04-18-28

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Коллективные колебания электронной плотности и связанного с ними электромагнитного поля, известные как поверхностные плазмоны, возникающие в куполообразных выпуклостях и впадинах на поверхности металлов. Цель работы. Аналитический расчёт плотности поверхностных поляризационных зарядов и локального электрического поля вблизи низкоаспектных субволновых выпуклостей и впадин гауссова профиля на плоской поверхности плазмонного металла. Метод. Аналитическая модель, основанная на последовательном применении серии электростатических приближений для описания поляризационных явлений, возникающих в субволновых куполообразных неоднородностях. Основные результаты. Получены компактные выражения для расчёта распределения поляризационных зарядов непосредственно на поверхности дефектов и резонансных свойств этих дефектов. Плазмонное ближнее поле представлено в интегральной форме, позволяющей осуществлять прямое численное интегрирование. Практическая значимость. Полученные результаты будут полезны при разработке плазмонных устройств, устройств манипулирования светом на микро-наномасштабах, метаматериалах, гибридных оптоэлектронных схем, а также при решении задач рассеяния.

Ключевые слова:

куполообразные наноструктуры, локализованные поверхностные плазмоны, локальные электрические поля

Благодарность:

работа выполнена в рамках госзадания ИАПУ ДВО РАН (FWFW-2026-0006)

Коды OCIS: 240.6680, 260.1960, 350.4460, 230.4040

Список источников:

1. Novotny L., Hecht B. Principles of nanooptics. Cambridge: Cambridge university press, 2012. 578 р.
2. Lis D., Cecchet F. Localized surface plasmon resonances in nanostructures to enhance nonlinear vibrational spectroscopies: towards an astonishing molecular sensitivity // Beilstein journal of nanotechnology. 2014. V. 5. № 1. P. 2275–2292. https://doi.org/10.3762/bjnano.5.237
3. Mcoyi M.P., Mpofu K.T., Sekhwama M. et al. Developments in localized surface plasmon resonance // Plasmonics. 2025. V. 20. № 7. P. 5481–5520. https://doi.org/10.1007/s11468-024-02620-x
4. Zhao C., Zhang J., Liu Y. Light manipulation with encoded plasmonic nanostructures // EPJ Applied Metamaterials. 2014. V. 1. P. 6. https://doi.org/10.1051/epjam/2014006
5. Lalanne P., Hugonin J.P., Rodier J.C. Approximate model for surface-plasmon generation at slit apertures // Journal of the Optical Society of America A. 2006. V. 23. № 7. P. 1608–1615. https://doi.org/10.1364/JOSAA.23.001608
6. Liu H., Lalanne P., Yang X., Hugonin J.-P. Surface plasmon generation by subwavelength isolated objects // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2008. V. 14. № 6. P. 1522–1529. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2008.923291
7. Dyshlyuk A.V., Bogdanov A.A., Vitrik O.B. et al. Analytical calculations of scattering amplitude of surface plasmon polaritons excited by a spherical nanoantenna // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 11. P. 2937. https://doi.org/10.3390/nano11112937
8. Dyshlyuk A.V., Bogdanov A.A., Vitrik O.B. A simple analytic approach to the problem of excitation of surface plasmon polaritons with a dipole nanoantenna // Photonics and Nanostructures-Fundamentals and Applications. 2021. V. 43. P. 100895. https://doi.org/10.1016/j.photonics.2021.100895
9. Xie S., Si H., Liu C., Liu W. et al. LSP-SPP coupling structure based on three-dimensional patterned Sapphire substrate for surface enhanced Raman scattering sensing // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 9. P. 1518. https://doi.org/10.3390/nano13091518
10. Yeshchenko O.A., Kondratenko S.V., Kozachenko V.V. Surface plasmon enhanced photoluminescence from fullerene C60 film on Au nanoparticles array: resonant dependence on excitation frequency // Journal of Applied Physics. 2012. V. 111. № 12. P. 124327. https://doi.org/10.1063/1.4731228
11. Jung K., Joon Kwon S., Ko H. Plasmonic nanobumpassembled platform for absorption enhancement of upconversion materials // Journal of Applied Physics. 2018. V. 123. № 23. P. 233101. https://doi.org/10.1063/1.5025853
12. Li X., Yang W., Deng J., Lin Y. Surface plasmon resonance effects of silver nanoparticles in graphene-based dye-sensitized solar cells // Frontiers in Materials. 2023. V. 10. P. 1137771. https://doi.org/ 10.3389/fmats

13.Chang C.M., Chu C.H., Tseng M. et al. Light manipulation by gold nanobumps // Plasmonics. 2012. V. 7. № 3. P. 563–569. https://doi.org/ 10.1007/s11468-012-9343-7
14. Kuchmizhak A., Vitrik O., Kulchin Yu. et al. Laser printing of resonant plasmonic nanovoids // Nanoscale. 2016. V. 8. № 24. P. 12352–12361. https://doi.org/10.1039/ C6NR01317A
15. Pavlov D.V., Zhizhchenko A.Y., Honda M. et al. Multipurpose nanovoid array plasmonic sensor produced by direct laser patterning // Nanomaterials. 2019. V. 9. № 10. P. 1348. https://doi.org/10.3390/nano9101348
16. Wang J., Xu Z., Kotsifaki D.G. Plasmonic and metamaterial biosensors: a game-changer for virus detection // Sensors & Diagnostics. 2023. V. 2. № 3. P. 600–619. https://doi.org/10.1039/D2SD00217E
17. Улащик В.С. Локальная гипертермия в онкологии: использование магнитного поля, лазерного излучения, ультразвука // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2014. T. 91. № 2. С. 48–57.
Ulashchik V.S. Local hyperthermia in oncology: The use of magnetic field, laser radiation, ultrasound [in Russian] // Journal of Balneology, Physiotherapy and Therapeutic Physical Culture. 2014. V. 91. № 2. P. 48–57.
18. Griffiths D.J. Introduction to electrodynamics. Cambridge: Cambridge University Press, 2023. 650 p.
19. Kniazev K.I., Yakunenkov R.E., Zulina N.A., Fokina M.I., Nabiullina R.D. Rhodamine-B absorption and fluorescence enhancement in the near field of gold nanoparticles in an acrylate-based polymer matrix // Journal of Optical Technology. 2019. V. 86(1). P. 21–24. https://doi.org/10.1364/JOT.86.000021