(43-5) 06 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Использование модели связанных классических осцилляторов для описания резонанса Фано в плазмонной наносистеме

П.А. Головинский1,2, А.В. Яковец1, Е.С. Храмов1

1 Московский физико-технический институт (государственный университет),  
141700, Россия, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер., д. 9,
2 Воронежский государственный университет,  
394018, Россия, г. Воронеж, Университетская площадь, 1

 PDF, 1750 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-5-747-755

Страницы: 747-755.

Аннотация:
Мы исследуем динамику возбуждения резонанса Фано в рамках классической модели двух линейных связанных осцилляторов. Получено точное решение для модели при затухающем гармоническом воздействии. Показана динамика роста профиля Фано под действием гармонического возбуждения. При воздействии сверхширокополосного импульса отклик системы становится универсальным и совпадает с функцией отклика. Результаты показывают, что полную характеристику системы можно получить двумя альтернативными способами: прямо измеряя отклик системы на монохроматическое поле при сканировании частоты либо регистрируя отклик на действие δ-импульса. В качестве конкретного примера рассчитано зависящее от времени возбуждение резонанса в системе, состоящей из квантовой точки и металлической наночастицы. Затем показано применение расширенной модели затухающих осцилляторов с радиационной поправкой, описывающей формирование резонанса Фано в рассеянии фемтосекундного лазерного импульса на наноантенне.

Ключевые слова:
резонанс Фано, модель связанных осцилляторов, фемтосекундный лазерный импульс, наноантенна.

Цитирование:
Головинский, П.А. Использование модели связанных классических осцилляторов для описания резонанса Фано в плазмонной наносистеме / П.А. Головинский, А.В. Яковец, Е.С. Храмов // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 5. – С. 747-755. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-5-747-755.

Благодарности:
Работа выполнена в рамках Государственного задания Министерства науки и образования РФ (задание № 3.9890.2017/8.9).

Литература:
  1. Allen, L. Optical resonance and two-level atoms / L. Allen, J. Eberly. – Courier Corporation, 1975. – 233 p.
  2. Akulin, V.M. Intensive resonant interactions in quantum electronics / V.M. Akulin, N.V. Karlov. – Springer, 1991. – 314 p.
  3. Astapenko, V. Interaction of ultrashort electromagnetic pulses with matter / V. Astapenko. – New York: Springer, 2013. – 94 p.
  4. Arustamyan, M.G. Phase control of two-level system excitation by short laser pulses / M.G. Arustamyan, V.A. Astapenko // Laser Physics. – 2008. – Vol. 18. – P. 768-773.
  5. Astapenko, V.A. Excitation of two-level system by chirped laser pulse / V.A. Astapenko, M.S. Romadanovskii // Laser Physics. – 2009. – Vol. 19. – P. 969-973.
  6. Fano, U. Effects of configuration interaction on intensities and phase shifts / U. Fano // Physical Review. – 1961. – Vol. 13. – 1866.
  7. Lisitsa, V.S. Resonance of discrete states against the background of a continuous spectrum / V.S. Lisitsa, S.I. Yakovlenko // Journal of Experimental and Theoretical Physics. – 1974. – Vol. 39. – P. 975-980.
  8. Feshbach, H. Unified theory of nuclear reactions / H. Feshbach // Annals of Physics. – 1958. – Vol. 5. – P. 357-390.
  9. Rosmej, F.B. Effect of ultrashort laser-pulse duration on Fano resonances in atomic spectra / F.B. Rosmej, V.A. Astapenko, V.S. Lisitsa // Physical Review A. – 2014. – Vol. 90. – 043421.
  10. Bixon, M. Intramolecular radiation transitions / M. Bixon, J. Jortner // The Journal of Chemical Physics. – 1968. – Vol. 48. – P. 715-726.
  11. Uzer, T. Theories of intermolecular vibrational energy transfer / T. Uzer, W.H. Miller // Physics Reports. – 1991. – Vol. 199. – P. 73-146.
  12. Osherov, V.I. Theory of nonradiative transitions in polyatomic molecules [In Russian] / V.I. Osherov, E.S. Medvedev. – Moscow: Nauka, 1983. – 280 p.
  13. Agranovich, V.M. Electron-excitation energy transfer in condensed media / V.M. Agranovich, M.D. Galanin. – Moscow: Nauka, 1978. – 384 p.
  14. Chin, C. Feshbach resonances in ultracold gases / C. Chin, R. Grimm, P. Julienne, E. Tiesinga // Reviews of Modern Physics. – 2010. – Vol. 82. – P. 1225-1286.
  15. Miroshnichenko, A.E. Fano resonances in nanoscale structures / A.E. Miroshnichenko // Reviews of Modern Physics. – 2010. – Vol. 82. – P. 2257-2298.
  16. Förstner, J. Phonon-assisted damping of Rabi oscillations in semiconductor quantum dots / J. Förstner, C. Weber, J. Danckwerts, A. Knorr // Physical Review Letters. – 2003. – Vol. 91. – 127401.
  17. Verzelen, O. Excitonic polarons insemiconductor quantum dots / O. Verzelen, R. Ferreira, G. Bastard // Physical Review Letters. – 2002. – Vol. 88. – 146803.
  18. Xu, S.J. Resonant coupling of bound excitons with LO phonons in ZnO: Excitonic polaron states and Fano resonance / S.J. Xu // The Journal of Chemical Physics. – 2005. – Vol. 123. – 221105.
  19. Kerfoot, M.L. Optophononics with coupled quantum dots / M.L. Kerfoot, A.O. Govorov, C. Czarncki, D. Lu, Y.N. Gad, A.S. Bracker, D. Gammon, M. Scheiber // Nature Communications. – 2014. – Vol. 5. – 3299.
  20. Hetz, R. Enhanced polar ecxiton-LO-phonon interaction in quantum dots / R. Hetz, I. Mukhametzhanov, O. Stier, A. Madhukar, D. Bimberg // Physical Review Letters. – 1999. – Vol. 83. – 4654.
  21. Cheng, M.-T. Fano resonance analysis in a pair of semiconductor quantum dots coupling to a metal nanowire / M.-T. Cheng, Y.-Y. Song // Optics Letters. – 2012. – Vol. 37. – P. 978-980.
  22. Shoh, R.A. Ultrafast reversal of Fano resonance in plasmon-exciton system / R.A. Shoh, N.F. Scherer, M. Pelton, S.K. Gray // Physical Review B. – 2013. – Vol. 88. – 075411.
  23. Marinica, D.C. Plexciton quenching by resonant electron transfer from quantum emitter to metallic nanoantenna / D.C. Marinica, H. Lourenço-Martins, J. Aizpurua, A.G. Borisov // Nano Letters. – 2013. – Vol. 13. – P. 5972-5978.
  24. Zhang, W. Semiconductor-metal nanoparticle molecules: Hybrid excitons and the nonlinear effect / W. Zhang, A.O. Govorov, G.W. Bryant // Physical Review Letters. – 2006. – Vol. 97. – 146804.
  25. Manjavacas, A. Quantum plexcitons: Strongly interacting plasmons and exitons / A. Manjavacas, F.J. Garcíde Abajo, P. Nordlander // Nano Letters. – 2011. – Vol. 11. – P. 2118-2323.
  26. Artuso, R.D. Hybrid quantum dot-metal nanoparticle systems: connecting the dots / R.D. Artuso, G.W. Bryant // Acta Physica Polonica A. – 2012. – Vol. 122. – P. 289-293.
  27. Andrianov, E.S. Modification of the resonance fluorescence spectrum of a two-level atom in the near field of a plasmonic nanoparticle / E.S. Andrianov, A.A. Pukhov, A.P. Vinogradov, A.V. Dorofeenko, A.A. Lisyansky // JETP Letters. – 2013. – Vol. 97, Issue 8. – P. 452-458.
  28. Yang, J. Analytical Formalism for the interaction of two-level quantum systems with metal nanoresonators / J. Yang, M. Perrin, P. Lalanne // Physical Review X. – 2015. – Vol. 5. – 021008.
  29. Hartsfield, T. Single quantum dot controls a plasmonic cavity’s scattering and anisotropy / T. Hartsfield, W.-S. Chang, S.-C. Yang, T. Ma, J. Shi, L. Sun, G. Shvets, S. Link, X. Li // PNAS. – 2015. – Vol. 112. – P. 12288-12292.
  30. Andryushin, A.I. Effect of resonant electromagnetic field on the autoionizing states of atoms / A.I. Andryushin, A.E. Kazakov, M.V. Fedorov // Journal of Experimental and Theoretical Physics. – 1982. – Vol. 55. – P. 53-58.
  31. Kiröla, E. Quasicontinuum effects in molecular excitation / E. Kiröla, J.H. Eberly // The Journal of Chemical Physics. – 1985. – Vol. 82. – P. 1841-1854.
  32. Knight, P.L. Laser-induced continuum structure / P.L. Knight, M.A. Lauder, B.J. Dalton // Physics Reports. – 1990. – Vol. 190. – P. 1-61.
  33. Zhang, S.B. Photoemission spectroscopy with high-intensity short-wavelength lasers / S.B. Zhang, N. Rohringer // Physical Review A. – 2014. – Vol. 89. – 013407.
  34. Riffe, D.M. Classical Fano oscillator / D.M. Riffe // Physical Review B. – 2011. – Vol. 84. – 064308.
  35. Limonov, M.F. Fano resonances in photonics / M.F. Limonov [et al.] // Nature Photonics. – 2017. – Vol. 11. – P. 543-554.
  36. Joe, Y.S. Classical analogy of Fano resonances / Y.S. Joe, A.M. Satanin, C.S. Kim // Physica Scripta. – 2006. – Vol. 74. – P. 259-266.
  37. Misochko, O.V. Fano interference at the excitation of coherent phonons: Relation between the asymmetry parameter and the initial phase of coherent oscillations / O.V. Misochko, M.V. Lebedev // Journal of Experimental and Theoretical Physics. – 2015. – Vol. 120. – P. 651-663.
  38. Li, R. Analysis and modeling of Fano resonances using equivalent circuit elements / R. Li, J. Fu, Q. Wu, K. Zhang, W. Chen, Z. Wang, R. Ma // Scientific Reports. – 2016. – Vol. 6. – 31884.
  39. Mirin, N.A. Fano resonances in plasmonic nanoparticle aggregates / N.A. Mirin, K. Bao, P. Nordlander // The Journal of Physical Chemistry A. – 2009. – Vol. 113. – P. 4028-4034.
  40. Kui, B. Plasmon hybridization for real metals / B. Kui, S. Heidar, N. Peter // Chinese Science Bulletin. – 2010. – Vol. 55. – P. 2629-2634.
  41. Mukherjee, S. Fanoshells: Nanoparticles with built-in Fano resonances / S. Mukherjee, H. Sobhani, J.B. Lassiter, R. Bardhan, P. Nordlander, N.J. Halas // Nano Letters. – 2010. – Vol. 10. – P. 2694-2701.
  42. Wu, X. Quantum-dot transparency in a nanoscale plasmonic resonator / X. Wu, S.K. Gray, M. Pelton // Optics Express. – 2010. – Vol. 18. – P. 23633-23645.
  43. Lovera, A. Mechanisms of Fano resonances in coupled plasmonic systems / A. Lovera, B. Gallinet, P. Nordlander, J.F. Martin // ACS Nano. – 2013. – Vol. 7. – P. 4527-4536.
  44. Kats, M.A. Effect of radiation damping on the spectral response of plasmonic components / M.A. Kats, N. Yu, P. Genevet, Z. Gaburro, F. Capasso // Optics Express. – 2011. – Vol. 19. – P. 21749-21753.
  45. Anderson, A. Few-femtosecond plasmon dephasing of a single metallic nanostructure from optical response function reconstruction by interferometric frequency resolved optical gating / A. Anderson, K.S. Deryckx, G.X. Xu, G. Steinmeyer, M.B. Raschke // Nano Letters. – 2010. – Vol. 10. – P. 2519-2524.
  46. Ruan, Z. Temporal coupled-mode theory for light scattering by an arbitrarily shaped object supporting a single resonance / Z. Ruan, S. Fan // Physics Review A. – 2012. – Vol. 85. – 043828.

 

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20