論文の概要: Quantum Theory of Radiative Decay Rate and Frequency Shift of Surface Plasmon Modes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.11926v3
• Date: Fri, 21 Aug 2020 14:10:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-05 02:40:06.142970
• Title: Quantum Theory of Radiative Decay Rate and Frequency Shift of Surface Plasmon Modes
• Title（参考訳）: 放射崩壊速度の量子理論と表面プラズモンモードの周波数シフト
• Authors: Carlo Forestiere and Giovanni Miano and Mariano Pascale and Roberto Tricarico
• Abstract要約: 任意の形状の金属ナノ粒子における表面プラズモンと光子の相互作用について検討した。 その結果, プラズマ波長までの大きさの粒子に対して, 準静電プラズモンモードの間に有意な結合は生じないことが判明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In this paper we study, in the time domain, the interaction between localized surface plasmons and photons in arbitrarily shaped metal nanoparticles, by using the Hopfield approach to quantize the plasmon modes, where the electron oscillations are represented by a harmonic matter field linearly coupled to the electromagnetic radiation. The plasmon - photon coupling gives rise to dressed plasmon modes. We have found that the radiation does not induce a significant coupling among the different quasi-electrostatic plasmon modes for particles of size up to the plasma wavelength, but causes a frequency shift and an exponential decay in time of the modes. By solving the equations governing the expectation values of the plasmon creation and annihilation operators, we obtain a new closed-form full-wave expression for the decay rate and for the frequency shift of the plasmon modes. It is non-perturbative and it only depends on the surface charge distribution of the quasi-electrostatic plasmon modes. We validate the expression against the Mie theory for a nano-sphere of radius comparable to the plasma wavelength. Eventually, we investigate the decay rate and the frequency shift of the plasmon modes in isolated and interacting nanoparticle of non-canonical shape, as their size increases up to the plasma wavelength.
• Abstract（参考訳）: 本稿では, 時間領域において, 任意の形状の金属ナノ粒子中の局在表面プラズモンと光子との相互作用をホップフィールド法を用いて定量化し, 電子振動は電磁波に線形に結合した高調波物質場によって表されることを示す。 プラズモン - 光子結合は、服を着たプラズモンモードを引き起こす。 その結果、放射はプラズマ波長までの大きさの粒子に対して、異なる準静電プラズモンモード間の有意な結合を引き起こすのではなく、周波数シフトとモードの時間における指数的減衰を引き起こすことが判明した。 プラズモン生成および消滅演算子の期待値を決定する方程式を解くことにより、崩壊率とプラズモンモードの周波数シフトに対する新しい閉形式フルウェーブ式を得る。 非摂動的であり、準静電プラズモンモードの表面電荷分布のみに依存する。 プラズマ波長に匹敵する半径のナノ球面に対する三重理論に対する表現を検証する。 最終的に、プラズマ波長までの大きさが大きくなるにつれて、非正準形状のナノ粒子の分離および相互作用におけるプラズモンモードの崩壊速度と周波数シフトを調べた。

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