Визуализация плазмонов с помощью вектора Умова–Пойнтинга

Abstract

В данной работе рассматривается рассеяние плоской Н-поляризованной электромагнитной волны видимого диапазона на серебряном наноцилиндре с диэлектрическим покрытием. Возникающие при этом плазмонные резонансы исследуются как с помощью обычного пространственного распределения амплитуды поля Hz вокруг объекта, так и пространственного распределения радиальной и азимутальной компонент вектора Умова–Пойнтинга. Показано, что визуализация плазмонов с помощью вектора Умова–Пойнтинга обладает явным преимуществом, так как в этом случае отчетливо проявляются стоячие и бегущие волны, а компоненты вектора четко обрисовывают границы раздела исследуемого объекта. Иллюстрируются особенности влияния диэлектрической проницаемости покрытия на тип плазмонных резонансов, когда при уменьшении диэлектрической постоянной покрытия вместо дипольного плазмонного резонанса появляется квадрупольный гибридный резонанс.

В роботі розглянуто розсіювання плоскої Н-поляризованої електромагнітної хвилі на срібному наноциліндрі з концентричним діелектричним шаром у оптичному діапазоні спектра. Поверхневі плазмонні резонанси, що виникають, описано як за допомогою звичайного, класичного способу у вигляді просторового розподілу амплітуди поля навколо об’єктів, так і просторового розподілу вектора Умова–Пойнтінга. Продемонстровано, що опис плазмонів за допомогою вектора Умова–Пойнтінга має очевидну перевагу, оскільки в цьому випадку чітко видно стоячі хвилі і хвилі, що біжать, та більш чітко окреслено межі досліджуваного об’єкта. Ілюструється парадоксальний вплив діелектричної проникності покриття на тип плазмонного резонансу та розподіл поля у просторі.

We analyze scattering of a plane H-polarized electromagnetic wave in the visible range of wavelengths by a silver nanocylinder with a concentric dielectric coating. The arising plasmon resonances are treated using both the conventional classic presentation of the spatial distribution of the field amplitude nearby the object and by the spatial distribution of the Umov-Poynting vector. We demonstrate that plasmon description by the Umov-Poynting vector has obvious advantages, as the standing and traveling waves become clearly visible while the boundaries of the objects are evident in the spatial distribution. A paradox influence of the dielectric constant of the coating on the type of the plasmon resonance and spatial field distribution is illustrated.