Учебное пособие – СПб: НИУ ИТМО, 2013. – 133 с.
Курс лекций является учебно-методическим пособием по физике
металлических нанострукур. Основное внимание в курсе уделено
оптическим и электрическим свойствам металлов и их изменению при
переходе от объемных к наноструктурированным образцам. Особенностью
курса является то, что его могут освоить студенты, у которых не
было углубленного курса электродинамики сплошных сред. Необходимые
понятия вводятся непосредственно по ходу изложения материала.
Исходя из элементарных представлений о проводимости на постоянном и
переменном токе, выводится диэлектрическая проницаемость в модели
Друде-Лоренца. Даются необходимые сведения об уравнениях Максвелла
и их решениях, отвечающих распространению электромагнитных волн в
среде. Представления о коллективных электронных возбуждениях
формируются на основе наглядных моделей объемных, поверхностных и
локализованных в наночастицах плазмонов. Подробно рассмотрена
зависимость оптических свойств металлических наночастиц от их
формы. Вводятся основные понятия теории рассеяния и на их основе
рассматриваются проявления плазмонных резонансов в оптических
явлениях. Даются примеры оптических свойств реальных металлов.
Описаны основные механизмы уширения плазмонных резонансов.
Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов и магистров высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 200700 – «Фотоника и оптоинформатика». Введение
Оптические и электрические свойства металлов
Наличие свободных электронов определяет основные свойства металлов
Связь поверхностной плотности заряда с напряженностью электрического поля
Плазменная частота – важнейшая характеристика оптических свойств металла
Время затухания и скорость релаксации
Переменный электрический ток в металлах
Связь между законами электромагнетизма в интегральной и дифференциальной формах
Макроскопическое описание реакции среды на электрическое поле
Уравнения для свободных полей в среде
Расчет диэлектрической проницаемости Друде-металла
Проникновение оптических полей в металл
Вещественная и мнимая части диэлектрической проницаемости металлов
Волновое уравнение. Дисперсионное уравнение
Полное внутреннее отражение
Скалярный потенциал. Вычисление напряженности поля точечного заряда через потенциал
Электрический диполь. Потенциал диполя. Диполь-дипольное взаимодействие
Заряд вблизи поверхности проводника. Метод зеркальных изображений. Сила притяжения заряда к поверхности незаряженного проводника
Взаимодействие диполя с поверхностью незаряженного проводника
Заряд вблизи поверхности диэлектрика. Поле зарядов, индуцированных на поверхности диэлектрика. Расчет потенциалов внутри и вне диэлектрика
Поверхностный плазмон. Частота поверхностного плазмона в модели Друде-Лоренца
Диэлектрический шар в однородном электрическом поле
Локализованный плазмон
Сферическая полость в диэлектрической среде
Плазмонные наночастицы
Проводящий эллипсоид в однородном внешнем поле. Геометрический фактор
Диэлектрический эллипсоид в однородном внешнем поле. Наведенный дипольный момент и поле внутри эллипсоида
Частоты плазмонных резонансов в эллипсоидальных частицах с диэлектрической проницаемостью Друде-Лоренца. Предельные случаи
Собственные колебания плазмонного типа в системе из двух частиц
Расщепление плазмонного резонанса сферической частицы в присутствии второй частицы
Распределение заряда в колебаниях пары частиц
Проявления и применения плазмонных резонансов
Пропускание, оптическая плотность и экстинкция
Индикатриса рассеяния (фазовая функция)
Сечение рассеяния и поглощения. Сечение экстинкции
Амплитуда рассеяния. Оптическая теорема
Сечение поглощения для эллипсоидальной частицы с диэлектрической проницаемостью Друде-Лоренца
Отсутствие отраженной волны при падении света на границу раздела двух сред под углом Брюстера
Поверхностный плазмон на плоской поверхности металла
Возбуждение поверхностных плазмонов. Конфигурации Отто и Кречмана
Получение и фотоиндуцированная модификация плазмонных наноструктур
Щелочные металлы
Благородные металлы
Дополнительные причины уширения плазмонных резонансов
Измерение ширин плазмонных резонансов, скрытых неоднородным уширением
Проводимость гранулированных металлических пленок
Фотопроводимость гранулированных металлических пленок
Список литературы
Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов и магистров высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 200700 – «Фотоника и оптоинформатика». Введение
Оптические и электрические свойства металлов
Наличие свободных электронов определяет основные свойства металлов
Связь поверхностной плотности заряда с напряженностью электрического поля
Плазменная частота – важнейшая характеристика оптических свойств металла
Время затухания и скорость релаксации
Переменный электрический ток в металлах
Связь между законами электромагнетизма в интегральной и дифференциальной формах
Макроскопическое описание реакции среды на электрическое поле
Уравнения для свободных полей в среде
Расчет диэлектрической проницаемости Друде-металла
Проникновение оптических полей в металл
Вещественная и мнимая части диэлектрической проницаемости металлов
Волновое уравнение. Дисперсионное уравнение
Полное внутреннее отражение
Скалярный потенциал. Вычисление напряженности поля точечного заряда через потенциал
Электрический диполь. Потенциал диполя. Диполь-дипольное взаимодействие
Заряд вблизи поверхности проводника. Метод зеркальных изображений. Сила притяжения заряда к поверхности незаряженного проводника
Взаимодействие диполя с поверхностью незаряженного проводника
Заряд вблизи поверхности диэлектрика. Поле зарядов, индуцированных на поверхности диэлектрика. Расчет потенциалов внутри и вне диэлектрика
Поверхностный плазмон. Частота поверхностного плазмона в модели Друде-Лоренца
Диэлектрический шар в однородном электрическом поле
Локализованный плазмон
Сферическая полость в диэлектрической среде
Плазмонные наночастицы
Проводящий эллипсоид в однородном внешнем поле. Геометрический фактор
Диэлектрический эллипсоид в однородном внешнем поле. Наведенный дипольный момент и поле внутри эллипсоида
Частоты плазмонных резонансов в эллипсоидальных частицах с диэлектрической проницаемостью Друде-Лоренца. Предельные случаи
Собственные колебания плазмонного типа в системе из двух частиц
Расщепление плазмонного резонанса сферической частицы в присутствии второй частицы
Распределение заряда в колебаниях пары частиц
Проявления и применения плазмонных резонансов
Пропускание, оптическая плотность и экстинкция
Индикатриса рассеяния (фазовая функция)
Сечение рассеяния и поглощения. Сечение экстинкции
Амплитуда рассеяния. Оптическая теорема
Сечение поглощения для эллипсоидальной частицы с диэлектрической проницаемостью Друде-Лоренца
Отсутствие отраженной волны при падении света на границу раздела двух сред под углом Брюстера
Поверхностный плазмон на плоской поверхности металла
Возбуждение поверхностных плазмонов. Конфигурации Отто и Кречмана
Получение и фотоиндуцированная модификация плазмонных наноструктур
Щелочные металлы
Благородные металлы
Дополнительные причины уширения плазмонных резонансов
Измерение ширин плазмонных резонансов, скрытых неоднородным уширением
Проводимость гранулированных металлических пленок
Фотопроводимость гранулированных металлических пленок
Список литературы