Взаимодействие полупроводников и систем, содержащих наночастицы, с электромагнитным полем (1097490), страница 8
Текст из файла (страница 8)
7). Рассмотрена зависимость эффективности деленияпучка ППП от геометрических параметров сфероидов, определяющих формунаночастиц в цепочке. Показано, что включение в векторную модель многократного рассеяния ППП анизотропной поляризуемости наночастиц позволило получить количественное согласие между результатами моделирования иэкспериментальными данными в отношении варьирования таких параметров,как форма частиц и угол падения ППП на цепочку.
Продемонстрировано, чтос уменьшением угла между направлением пучка ППП и направлением цепочки эффективность отражения ППП растет. Обнаружено, что если этот уголстановится малым, то отраженный пучок расщепляется на систему отдельных лучей (веерный эффект) за счет его интерференции с частью падающегопучка, который не испытывает отражения от цепочки наночастиц. Данныйэффект получил экспериментальное подтверждение. Угол, при котором наступает этот эффект, определяется длиной волны плазмонов и перетяжкойпадающего гауссова пучка.В § 6.4 численно рассматривается вопрос, связанный с возможностью распространения поверхностных плазмон-поляритонов вдоль цепочек сильно вза30ZEoYDzpа)Xв)б)Рис. 8: а) схематическое представление физической системы: линейная цепочка идентичных сфероидальных золотых частиц, только первая частица в цепочке взаимодействует с внешним электрическим полем E0 ; б) и в) два представления величины электрического поля, рассчитанногона высоте 90 нм над плоской поверхностью раздела воздух-золото с цепочкой наночастиц дляслучая, когда внешнее излучение с длиной волны λ = 800 нм и поляризацией вдоль z-оси взаимодействует только с первой частицей в цепочке.
Цепочка состоит из сфероидальных частиц(hz /hx = hz /hy = 5, hz ≈ 29.2 нм). Длина цепочки 120 µм, расстояние между частицами в цепочке80 нм, zp =40 нмимодействующих наночастиц, локализованных в непосредственной близостиот плоской металлической поверхности. Теоретическая модель построена методом функции Грина с использованием дипольного приближения. Предполагалось, что внешнее поле взаимодействует только с первой частицей вцепочке, а в системе распространяются рассеянные ею вторичные волны,включая ППП (рис. 8а).
Поскольку в рассматриваемой задаче взаимодействие между частицами в цепочках играет принципиальную роль, то тензорГрина для системы из двух полупространств использовался без каких-либоприближений [6] для расстояний между источником и точкой наблюдения,меньших 20 длин волн ППП. Если это расстояние было больше 20 длин волнППП, то тензор Грина аппроксимировался только частью, описывающей распространение ППП в системе. Такой подход теоретически обоснован в [15].Показано, что локализация распространения вторичных волн в виде ПППвдоль цепочек наночастиц является достижимой для широкого набора параметров (рис.
8б,в), но существенным образом зависит от сечения рассеянияППП отдельной наночастицей в цепочке и от межчастичного расстояния. Приэтом волноводные свойства цепочек начинают проявляться более отчетливо сувеличением сечений рассеяния и уменьшением межчастичного расстояния.Направленное распространение ППП вдоль изогнутых цепочек наночастицтакже моделировалось.В § 6.5 в соответствии с недавними экспериментальными результатами и сцелью выяснения роли различных параметров системы выполняется числен31а)б)Рис. 9: Распределение величины электрического поля над золотой поверхностью с изогнутойцепочкой (радиус кривизны R = 10 µм) сфероидальных золотых частиц, облучаемых световымпучком с длиной волны λ = 800 нм, падающим перпендикулярно к золотой поверхности и поляризованным вдоль x-направления.
Перетяжка светового пучка W (размер светового пятна наповерхности) и межчастичное расстояние D в цепочке равны: а) W = 10 µм, D = 400 нм; б)W = 10 µм, D = 800 нм. Положение цепочки соответствует темной линии на а)ное моделирование процессов возбуждения, фокусировки и направленногораспространения поверхностных плазмон-поляритонов с помощью изогнутойцепочки сфероидальных наночастиц, расположенных на металлической поверхности. Модель основывается на методе функции Грина волнового уравнения и дипольном приближении. Возбуждение плазмонов моделируется каквзаимодействие ограниченного светового пучка при его вертикальном падении с частью частиц из цепочки.
Представлено сравнение численно полученных изображений распределения интенсивности ППП с экспериментальными данными. Сравнение демонстрирует согласие в отношении обнаруженных особенностей фокусировки и направленного распространения ППП, чтосвидетельствует об адекватности теоретической модели. Установлена сильная зависимость режима фокусировки ППП от межчастичного расстоянияв цепочке (рис. 9). При этом фокусирующий и направляющий эффекты соптимальными свойствами могут быть получены в случае, когда расстояниемежду частицами в цепочке меньше длины волны плазмонов.
Сильный фокусирующий эффект с фокусом в центре кривизны цепочки получается приотносительно большом отношении (порядка или больше единицы) размерасветового пятна (W ), возбуждающего ППП, к радиусу кривизны цепочки (R).Если размер светового пятна меньше радиуса кривизны цепочки наночастицнастолько, что угол дифракции пучка ППП (∼ λ/πW ) приблизительно равенотношению W/R, то фокусирующий эффект ослабевает и в системе можетвозникнуть хорошо коллимированный пучок ППП. По результатам моделирования сделаны предложения по использованию полученных эффектов длясоздания микрооптических устройств. В § 6.6 приводится общий переченьосновных результатов, полученных в главе.32ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1. Получены вероятности и темпы оже-рекомбинации электронов с тяжелыми дырками при условии, что высвобождаемая энергия передается другим тяжелым дыркам с переходом их в зону легких дырок в узкощелевомполупроводнике с кейновским спектром энергетических зон в случае сильного вырождения дырок.
Найдено значение концентрации неравновесных электронов в зоне проводимости, при которой темп оже-рекомбинация с участиемэлектрона и двух тяжелых дырок сравнивается с темпом оже-рекомбинациис участием двух электронов и тяжелой дырки. На основе развитого теоретического подхода рассмотрена электронная ударная ионизация в узкощелевых полупроводниках с сильно вырожденными дырками в условии низкихтемператур. Найдены условия, при которых минимальной (пороговой) энергии электрона, способного производить ударную ионизацию, соответствуетэнергия электрона, ионизующего состояние на уровне Ферми в зоне тяжелыхдырок.2. Построена теоретическая модель электрического пробоя в полупроводниках с примесной зоной делокализованных примесных состояний. Показано,что в подобной системе может реализоваться своеобразный комбинированныйперегревный механизм отрицательной дифференциальной проводимости Sтипа, обусловленный взаимосвязанными изменениями как концентрации, таки подвижности носителей заряда.3.
Методом тензорной функции Грина волнового уравнения построена теоретическая модель СБОМ двух конфигураций для исследования свойств нанообъектов, локализованных как на поверхности образца, так и под его поверхностью. Модель представляет систему интегральных уравнений для самосогласованного вычисления электрических полей в системе. Построеннаямодель позволила выполнить расчет электрических полей в ближней зоненад поверхностью диэлектрического массивного образца с полупроводниковыми нанообъектами, локализованными как на поверхности образца, так ив его объеме, а также выполнить анализ влияния величин диэлектрическогозонда, шага сканирования и конфигурации СБОМ на изображения диэлектрической поверхности с наноскопическими дефектами в виде выступов иливпадин.4.
Методом функции Грина развит теоретический подход к моделированию квазистатического взаимодействия наночастиц в диэлектрическом слое.Построенная функция Грина позволила для широкого набора параметровисследовать влияние тонкого слоя и подложки на формирование электрических полей в системах с наночастицами. В рамках данного подхода выполнено моделирование излучения внутри тонкого диэлектрического слоя, расположенного в ближней волновой зоне от малого источника.
Установлено,33что меняя подложку, на которой расположен слой, можно изменять относительную роль различных компонент поля в слое и тем самым влиять наэлектромагнитные процессы в слое. Рассмотрен оптический отклик структуры наночастиц, скрытой внутри диэлектрического слоя, в зависимости отполяризации внешнего поля и межчастичного расстояния. Обнаружено, что сростом диэлектрической проницаемости слоя резонансная длина волны, т.е.длина волны, на которой средняя величина дипольного момента частиц вструктуре имеет максимум, смещается в сторону больших длин волн.
Приэтом сама величина момента также растет. Проанализирована зависимостьспектра средней величины дипольного момента от межчастичного расстояния в наноструктуре. Установлено, что резонансная длина волны смещаетсяс изменением межчастичного расстояния, причем направление смещения зависит от поляризации внешней волны.5. Развит теоретический подход к задаче рассеяния поверхностных плазмон-поляритонов нанообъектом произвольной формы.
Получены интегральные выражения для напряженностей электрического и магнитного полей рассеянных волн, которые позволяют для различных каналов по известному распределению электрического поля внутри рассеивателя рассчитать дифференциальные и полные сечения рассеяния ППП. На основе общего подхода получены выражения для сечений рассеяния ППП сферической наночастицейв дипольном приближении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
