CC BY
14
2. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. - М.: Энергоатомиздат, 2003. - 584 с.
3. Ацюковский В.А. Эфиродинамические основы электромагнетизма. -М.: Изд-во «Петит», 2006. - 160 с.
4. Клюшин Я.Г. Максвелловский подход к описанию гравитации // Новые идеи в естествознании (по материалам III Международной конференции «Пространство, время, тяготение»). Ч. I. Физика. - СПб., 1995. - С. 242-267.
5. Клюшин Я.Г. Электричество, гравитация, теплота - другой взгляд. -СПб.: Международный клуб ученых, 2015. - 235 с.
6. Канарёв Ф.М. Продолжаешь верить? Или решил проверить? - Краснодар: Изд-во КЭЦРО, 1992. - 64 с.
7. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. - Изд. 6-е. - Краснодар: КубГАХ 2005. - 509 с.
8. Канарёв Ф.М. Теоретические основы физхимии микромира. - Изд. 3-е. - Краснодар: КубГАХ 2009. - 824 с.
9. Бойченко А.П. // Современные проблемы физики, биофизики и информационных технологий: сб. материалов всеросс. заочной научно-прак-тич. конфер. - Краснодар: Краснодарский ЦНТИ, 2010. - С. 220-223.
10. Бойченко А.П. // Исследования основных направлений технических и физико-математических наук: Сб. матер. II Международной научной конференции. - Волгоград: Изд-во «Научное обозрение», 2014. - С. 7-11.
11. Бойченко А.П. // Современное общество, образование и наука: Сб. науч. трудов по матер. Международной научно-практической конференции. -Ч. 3. - Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. - С. 14-15.
12. Чечерников В.И. Магнитные измерения. - М.: Изд. МГУ, 1969. - 387 с.
РЕШЕНИЕ ДИФРАКЦИОННОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ НАНОЧАСТИЦЫ В ОПТИЧЕСКОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ
© Боловин А.А.1, Матвеева М.В.2, 2 1 Малинова О.Е. , Гурьева П.В.
Московский институт электроники и математики Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики, г. Москва
В работе проведено численное моделирование задачи рассеяния э/м волн на золотой наночастице, геометрия которой представляет собой усеченный конус.
1 Бакалавр.
2 Студент.
Ключевые слова: металлическая наночастица, тепловые потери, на-ноплазмоника.
Наноплазмоника - это составляющая часть металлооптики на наномет-ровых масштабах. Предметом наноплазмоники являются оптические свойства металлических наночастиц и наноструктур, которые обусловлены колебаниями электронов проводимости относительно кристаллической решетки. Возникновение интереса к наноплазмонике связано с появлением нанотехнологий, позволяющих синтезировать наночастицы, фактически произвольной формы и состава [1].
Важность наноплазмоники обусловлена, прежде всего, тремя факторами. Эти факторы можно также отнести к основным функциям наноантенн.
Во-первых, вокруг и внутри наночастиц может происходить локализация оптических полей.
Во-вторых, металлические наночастицы обладают собственными колебаниями с частотами в оптической области, от ультрафиолетового до инфракрасного диапазонов.
В-третьих, использование различных материалов и структур, а также изменение размеров и геометрии наночастиц, напрямую влияет на характеристики поглощения и излучения.
Оптическими свойствами наночастиц можно управлять. Для этого используются различные методы изменения формы, структуры, а также материала частицы. Изменяя эти показатели можно повлиять на процессы поглощения и излучения. Для проведения электромагнитного моделирования была выбрана модель усеченного конуса, т.к. данная модель в силу геометрических особенностей будет показывать интересные результаты распределения напряженного поля.
Частотный диапазон подобранный для измерения лежит в оптической области спектра и длина волны измеряется длинами от 400 до 700 нм. В силу симметрии модели, а также для экономии времени расчета, будет рассматриваться четверть усеченного конуса. Область вокруг конуса заполним воздухом, шириной в половину длины волны падающего излучения в свободном пространстве. Идеально согласованный слой (РМЬ) размещаем на внешнем краю воздушной области, он будет действовать как поглотитель рассеянного поля.
Для золота зависимость реальной и мнимой части показателя преломления от частоты показана на рис. 1.
Из показателя преломления, относительная диэлектрическая проницаемость определяется из соотношения
Г -И ¿Г ■ №\2
ег =5 - = (п -]п ) =
где переменные относящиеся к действительной части отмечены одним штрихом, а к мнимой двумя. Для расчета диэлектрической проницаемости был использован программный пакет С0М80Ь МиШрИузюБ [2, 3].
Рис. 1. Зависимость реальной и мнимой части показателя преломления Далее, используя длину волны, можно вычислить глубину скин-слоя:
1
8 =
И0ег
В данном диапазоне она занимает размеры порядка 28-44 нм (см. рис. 3).
Рис. 2. Действительная и мнимая часть диэлектрической проницаемости
4 4.5 5 5.5 6 6.5 V10"'
Длина волны, м
Рис. 3. Глубина скин-слоя
Рис. 4. Область расчета поля в усеченном конусе. В силу свойств симметрии будем рассматривать и моделировать только четверть усеченного конуса
На рис. 4 показана четвертая часть усеченного конуса. Меньшее основание имеет радиус Я2 = 10 нм, большее - Я = 25 нм, длина оси конуса И = 18 нм. Излучение падает в положительном направлении оси Ох. Крас-
ным показаны отрезки, вдоль которых вычислялись зависимости амплитуды поля от координаты (от длины вдоль отрезков). Вдоль осей Ог и Оу расстояние отмерялось от оси симметрии. Вдоль оси Ох расстояние отмерялось от меньшего основания.
На рис. 2-3 показано распределение поля вдоль осей х и г. Как видно из рисунков, распределение поля в наноконусе носит сильно неоднородный характер, в отличие от наносферы, в которой поле однородно (это точный аналитический результат).
О 50 100 150 200 250 300
х, пт
Рис. 5. Зависимость напряженности поля в сечении наноконуса по оси х Е, V/m
70 80 z, пт
Рис. 6. Зависимость напряженности поля в сечении наноконуса по оси z
В работе решена задача рассеяния падающей э/м волны на наночастице, геометрия которой представляет собой усеченный конус, рассчитано распределение напряженности электрического поля в наноконусе, которое носит сильно неоднородный характер, в отличие от наносферы, в которой поле однородно. Этот результат может использоваться для проектирования устройств, использующих явление фотоэмиссии из наночастиц (фотодетекторы, солнечные элементы).
Список литературы:
1. Климов В.В. Наноплазмоника. - М.: Физматлит, 2009.
2. Wave Optics Module User's Guide for COMSOL 5.2.
3. Berenger J.P., 1998, An Effective PML for the Absorption of Evanescent Waves in Waveguides, IEEE Microwave and guided wave letters, 8, 188-190.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОЧАСТИЦ
© Малинова О.Е.1, Матвеева М.В.1, Новожеева А.А.1, Орлова М.О.1
Московский институт электроники и математики Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики, г. Москва
В работе приведен пример вычисление диэлектрической проницаемости золотой наночстицы в рамках модели Друде-Зоммерфельда. Проведено сравнение результатов численного моделирование диэлектрической проницаемости с экспериментальными данными.
Ключевые слова золотая наночастица, модель Друде-Зоммерфель-да, диэлектрическая проницаемость.
В уравнение Гельмгольца, решаемое для расчета задач дифракции на наночастицах, входят диэлектрические проницаемости сред как функции частоты излучения. Соответственно, необходимо уметь описывать диэлектрическую проницаемость металла наночастиц (диэлектрическая проницаемость диэлектрической матрицы, как правило, может быть принята постоянной в исследуемом диапазоне частот).
В первом приближении для описания оптических свойств металла можно пользоваться моделью Друде-Зоммерфельда [1]. Такая модель описывает
1 Студент.
