Influences of dipole–quadrupole strong interactions on optical properties of plasmonic nanodimers

Abstract

An extended analytical method based on the dipole-quadrupole electromagnetic interaction is proposed to investigate the optical properties of strongly interacting plasmonic nanoparticles for which the known coupled dipoles approximation (CDA) is inaccurate. The introduced simple and novel method used here, namely coupled dipole-quadrupole approximation (CDQA), is used to elaborate on the optical interactions of individual modes including dipole-dipole, dipole-quadrupole and quadrupole-quadrupole. A simple and versatile formula is presented for the modified dipole-polarizability by considering an adjacent quadrupole effect, leading to accurate prediction of remarkable features in the optical properties of nanoparticle clusters in simple or complex forms. Interestingly, in a nanodimer configuration, it is shown that the quadrupole strongly affects the dipolar resonance energy, though the dipole impact on quadrupole properties are negligible. The findings are verified by the approximated methods, numerical computations and generalized Mie theory.

К Расчету Оптических Характеристик И Размерных Сдвигов Поверхностных Плазмонов Сферических Биметаллических Наночастиц

“…В связи с этим, металлические наночастицы широко применяются в плазмонной нанолитографии [5], оптической микроскопии ближнего поля [6], астигматическом оптическом пинцете [7], для усиления поля рамановского рассеяния [8], сенсорных и фотогальванических устройствах [9,10], плазмонной фотовольтаике [11], фотокатализе [12] и терапии злокачественных опухолей [13]. В качестве плазмонных материалов чаще всего используют Au и Ag, поскольку для них резонансная частота локализованных поверхностных плазмонов лежит в видимой области спектра, а сами наночастицы химически стабильны и просты в приготовлении [14]. Однако, фотофункциональные металлы, такие как Pd и Pt, могут быть использованы в качестве фотокатализаторов [15].…”

“…Это явление максимизирует поглощение в ближней инфракрасной области и, следовательно, повышает фототермический отклик структур на лазерное облучение. В дополнение к многочисленным свойствам и применению Pd и Pt, существуют значительные различия между диэлектрическими постоянными этих переходных металлов и благородных металлов, таких как Au и Ag [14]. Тем не менее интерпретация плазмонных резонансов, основанная на модели свободных электронов, хорошо применимая к таким металлам, как Ag и Au, может быть распространена на Pd и Pt.…”

“…Отметим, что результаты представленной работы получены в предположении однородности поля внутри частицы, т. е. при выполнении условия ζ ≪ 1 [см. (14)]. Такое неравенство хорошо выполняется в далекой инфракрасной области и вблизи плазменного резонанса, когда ǫ @ (ω) → 0 и скин-эффектом можно пренебречь.…”