Применение метода рассеянного поля для FDTD моделирования электромагнитных полей вблизи диэлектрических и металлических наночастиц
Асенчик О.Д., Стародубцев Е.Г.

Аннотация:
На основе метода рассеянного поля для длины волны возбуждающего электромагнитного излучения 405 нм выполнено по алгоритму FDTD моделирование интенсивности локального поля вблизи поверхности сферических диэлектрических и металлических (серебряных) наночастиц радиуса 40 нм, размещённых в воздухе и вблизи плоской границы раздела двух диэлектриков. Получены оценки размеров области и величины максимального усиления ближнего поля, проведён анализ влияния границы раздела на распределение поля в моделируемой системе. Как отдельный случай исследованы нанокомпозиты на основе серебряных наночастиц и высококремнезёмных стёкол, полученные при использовании золь-гель технологий.

Ключевые слова :
FDTD-метод, метод рассеянного поля, диэлектрические и металлические наночастицы, ближнее электромагнитное поле.

Литература:

  1. Yee, K.S. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotropic media / K.S. Yee // IEEE Trans. Antenn. Propag. – 1966. – Vol. 14, N 3. – P. 302-307.
  2. Taflove, A. Computational Electrodynamics: the Finite-Difference Time-Domain method / A. Taflove, S.C. Hagness. – 2nd ed. – Artech House, 2000. – 866 p.
  3. Umashankar, K.R. A novel method to analyse electromagnetic scattering of complex objects / K.R. Umashankar, A. Taflove // IEEE Trans. Electromagn. Compat. – 1982. – Vol. 24, N 4. – P. 397-405.
  4. Schneider, J.B. Plane waves in FDTD simulations and a ne­arly perfect total-field/scattered-field boundary / J.B. Schnei­der // IEEE Trans. Antenn. Propag. – 2004. – Vol. 52, N 12. – P. 3280-3287.
  5. Kunz, K.S. The Finite Difference Time Domain Method for Electromagnetics / K.S. Kunz, R.J. Luebbers. – CRC Press, 1993. – 461 p.
  6. Котляр, В.В. Численное решение уравнений Максвелла в задачах дифракционной оптики / В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2006. – Вып. 29. – С. 24-40.
  7. Kong, S.-C. ADE-FDTD scattered-field formulation for dispersive materials / S.-C. Kong, J.J. Simpson, V. Backman // IEEE Microwave and Wireless Comp. Lett. – 2008. – Vol. 18, N 1. – P. 4-6.
  8. Olkkonen, J. FDTD scattered field formulation for scatterers in stratified dispersive media / J. Olkkonen // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, N 5. – P. 4380-4389.
  9. Challener, W.A. Scattered field formulation of finite difference time domain for a focused light beam in dense media with lossy materials / W.A. Challener, I.K. Sendur // Optics Express. – 2003. – Vol. 11, N 23. – P. 3160-3170.
  10. Oskooi, A.F. MEEP: A flexible free-software package for electromagnetic simulations by the FDTD method / A.F. Os­kooi, D. Roundy, M. Ibanescu, P. Bermel, J.D. Joannopou­los, S.G. Johnson // Computer Physics Communications. – 2010. – Vol. 181, Issue 3. – P. 687-702.
  11. Bohren, C.F. Absorption and Scattering of Light by Small Particles / C.F. Bohren, D.R. Human. – NY.: Wiley, 1998. – 544 p.
  12. Kreibig, U. Optical Properties of Metal Clusters / U. Krei­big, M. Vollmer. – Wiley, Berlin, Heidelberg: Springer, 1995. – 553 p.
  13. Алексеенко, А.А. Функциональные материалы на основе диоксида кремния, получаемые золь-гель методом / А.А. Алексеенко, А.А. Бойко, Е.Н. Подденежный. – Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2008. – 183 с.
  14. Yeshchenko, O. Optical properties of sol–gel fabricated Co/SiO2 nanocomposites / O. Yeshchenko, I. Dmitruk, A. Alexeenko, A. Dmitruk, V. Tinkov // Physica E. – 2008. – Vol. 41. – P. 60-65.
  15. Yeshchenko, O.A. Size-dependent surface-plasmon-enhan­ced photoluminescence from silver nanoparticles embedded in silica / O.A. Yeshchenko, I.M. Dmitruk, A.A. Alexeenko, M.Yu. Losytskyy, A.V. Kotko, A.O. Pinchuk // Phys. Rev. B. – 2009. – Vol. 79. – P. 235438-1-8.
  16. Курочка, К.С. Организация распределённых вычислений при моделировании электромагнитных полей в композитных материалах, содержащих наночастицы металлов / К.С. Курочка, О.Д. Асенчик, Е.Г. Стародуб­цев // Междунар. конгресс по информатике: информационные системы и технологии: матер. междунар. науч. конгр. Минск, 31 окт. – 3 нояб. 2011 г.: в 2 ч. Ч. 2 / редкол.: С.В. Абламейко (отв. ред.) [и др.]. – Минск: БГУ, 2011. – С. 112-116.
  17. Johnson, P.B. Optical constants of the noble metals / P.B. Johnson, R.W. Christy // Phys. Rev. B. – 1972. – Vol. 6. – P. 4370-4379.
  18. http://nanohub.org/resources/Meep [Electronic resource]. – Date of access: 06.03.2013.
  19. Кильдишев, А.В. Трансформационная оптика и метаматериалы / А.В. Кильдишев, В.М. Шалаев // Успехи физических наук. – 2011. – Т. 181, № 1. – C. 59-70.
  20. Rakic, A.D. Optical properties of metallic films for vertical-cavity optoelectronic devices / A.D. Rakic, A.B. Djurisic, J.M. Elazar, M.L. Majewski // Applied Optics. – 1998. – Vol. 37, N 22.– P. 5271-5283.
  21. http://www.mail-archive.com/meep-discuss@ab-initio.mit.edu/info.html [Electronic resource]. – Date of access: 06.03.2013.
  22. Муха, Ю.П. Усиление поглощения и флуоресценции молекул родамина 6Ж вблизи наночастиц золота в матрице SiO2 / Ю.П. Муха, А.М. Ерёменко, Н.П. Смирнова, М.Я. Валах, В.И. Джаган // Химия, физика и технология поверхности. – 2011. – Т. 2, № 3. – С. 284-288.
  23. Брюханов, В.В. Взаимодействие поверхностных плазмонов наночастиц серебра на силохроме и шероховатых пленках серебра с электронно-возбужденными адсорбатами молекул родамина 6Ж / В.В. Брюханов, Н.С. Тихо­мирова, Р.В. Горлов, В.А. Слежкин // Известия КГТУ. – 2011. – № 23. – С. 11-17.
  24. Брюханов, В.В. Плазмонное усиление флуоресценции органолюминофоров в полимере и на поверхности кремнезема / В.В. Брюханов, В.А. Слежкин, Н.С. Тихомирова, Р.В. Горлов // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. – 2012. – Вып. 4. – С. 52-59.
  25. Albooyeh, M. Huge local field enhancement in perfect plasmonic absorbers / M. Albooyeh, C.R. Simovski // arXiv:1203.2100v3 [cond-mat.mtrl-sci] (2012) [Electronic resource]. – Mode of access: http://arxiv.org/pdf/ 1203.2100v3.pdf. – Date of access: 06.03.2013.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20