論文の概要: Unraveling the temperature dynamics and hot electron generation in
tunable gap-plasmon metasurface absorbers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.15893v1
- Date: Tue, 29 Mar 2022 20:51:14 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-20 09:06:28.492680
- Title: Unraveling the temperature dynamics and hot electron generation in
tunable gap-plasmon metasurface absorbers
- Title（参考訳）: 可変ギャッププラズモン形表面吸収体における温度ダイナミクスと熱電子発生の解明
- Authors: Larousse Khosravi Khorashad and Christos Argyropoulos
- Abstract要約: 極薄の金属ナノギャップで形成される局在プラズモンは、入射光の強い吸収を引き起こす。
この効果に基づくプラズモン準曲面は、熱電子としても知られるエネルギー的荷電担体を効率的に生成することができる。
- 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: Localized plasmons formed in ultrathin metallic nanogaps can lead to robust
absorption of incident light. Plasmonic metasurfaces based on this effect can
efficiently generate energetic charge carriers, also known as hot electrons,
owing to their ability to squeeze and enhance electromagnetic fields in
confined subwavelength spaces. However, it is very challenging to accurately
identify and quantify the dynamics of hot carriers, mainly due to their
ultrafast time decay. Their non-equilibrium temperature response is one of the
key factors missing to understand the short time decay and overall transient
tunable absorption performance of gap-plasmon metasurfaces. Here, we
systematically study the temperature dynamics of hot electrons and their
transition into thermal carriers at various timescales from femto to
nanoseconds by using the two-temperature model. Additionally, the hot electron
temperature and generation rate threshold values are investigated by using a
hydrodynamic nonlocal model approach that is more accurate when ultrathin gaps
are considered. The derived temperature dependent material properties are used
to study the ultrafast transient nonlinear modification in the absorption
spectrum before plasmon-induced lattice heating is established leading to
efficient tunable nanophotonic absorber designs. We also examine the damage
threshold of these plasmonic absorbers under various pulsed laser
illuminations, an important quantity to derive the ultimate input intensity
limits that can be used in various emerging nonlinear optics and other tunable
nanophotonic applications. The presented results elucidate the role of hot
electrons in the response of gap-plasmon metasurface absorbers which can be
used to design more efficient photocatalysis, photovoltaics, and photodetection
devices.
- Abstract（参考訳）: 極薄の金属ナノギャップで形成される局在プラズモンは入射光の強い吸収を引き起こす。
この効果に基づくプラズモニックな準曲面は、閉じ込められたサブ波長空間における電磁場を圧縮・増強する能力のため、熱電子とも呼ばれるエネルギー電荷キャリアを効率的に生成することができる。
しかしながら、主に超高速の時間崩壊のため、ホットキャリアのダイナミクスを正確に特定し、定量化することは非常に困難である。
その非平衡温度応答はgap-プラズモンメタサーフェスにおける短時間の崩壊と全体的な過渡的波長可変吸収性能を理解する上で欠如している重要な要因の1つである。
本稿では,熱電子の温度動態と熱キャリアへの遷移を,フェムトからナノ秒までの様々な時間スケールで2温度モデルを用いて系統的に研究する。
さらに, 超薄膜ギャップを考慮した場合の高精度な流体力学的非局所モデルを用いて, 高温電子温度と生成速度閾値について検討した。
導出した温度依存材料特性を用いて、プラズモン誘起格子加熱が確立される前に吸収スペクトルの超高速過渡的非線形変化を研究し、効率的な波長可変ナノフォトニック吸収体の設計をもたらす。
また、様々なパルスレーザー照射下でのプラズモン吸収体の損傷閾値についても検討し、様々な新興非線形光学および他の波長可変ナノフォトニクス用途で使用できる究極の入力強度限界を導出する重要な量である。
以上の結果から,より効率的な光触媒,光電圧,光検出装置の設計に使用できるギャッププラズモン吸収剤の応答における熱電子の役割が解明された。
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