М.В. Давидович – д.ф.-м.н., профессор,  кафедра радиотехники и электродинамики, 

Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г Чернышевского E-mail: davidovichmv@info.sgu.ru

Постановка проблемы. Плазмон-поляритоны играют важную роль при возбуждении графеновых и других двумерных структур в ТГц-, световом и УФ-диапазонах. Актуальным является рассмотрение плазмон-поляритонов в плоскослоистых структурах с диэлектрическими слоями и проводящими пленками типа графена, описываемых двумерной проводимостью, а также описание локализованных плазмонов в фулеренах, металлических и диэлектрических частицах с металлическими оболочками на основе классического подхода.

Цель. Получить общие интегральные и интегродифференциальные уравнения для двумерных пленочных структур, расположенных (в том числе и периодически) на двух сторонах диэлектрической пластины

Результаты. Получены математические модели, описывающие поверхностные и локализованные плазмон-поляритоны в структурах с двумерным электронным газом. Точно решен ряд задач для структур с графеновой пленкой и сфероидальных фуллеренов. Рассчитана дисперсия с учетом тензорной проводимости графена в области частот, где существенна пространственная дисперсия.

Практическая значимость. Полученные уравнения и результаты могут быть использованы в биологии, медицине, физических экспериментах для определения степени усиления воздействия электромагнитного поля световой волны на объекты, в Рамановской спектроскопии, для исследования эффекта усиления лазерного воздействия на клетки, что впоследствии может быть применимо при создании устройств ТГц- и оптического диапазонов, в том числе волноведущих и резонаторных структур.

1. Климов В.В. Наноплазмоника. М.: Физматлит. 2009.
2. Новотный Л., Херхт Б. Основы нанооптики. М.: Физматлит. 2009.
3. Rodrigo S.G. Optical Properties of Nanostructured Metallic Systems. Heidelberg, Dordrecht. London, New York: Springer. 2012.
4. Kreibig U., Vollmer M. Optical Properties of Metal Clusters. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag. 1995.
5. Балыкин В.И., Мелентьев П.Н. Оптика и спектроскопия единичной плазмонной наноструктуры // УФН. 2018. Т. 188. № 2. С. 143−168.
6. Ming W., Blair S., Liu F. Quantum size effect on dielectric function of ultrathin metal film: A first-principles study of Al(111) // J. Phys.: Condensed Matter. 2014. V. 26. № 50. P. 505302(1−6).
7. Raether H. Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings. Berlin, Heidelberg, London, Paris, Tokyo: SpringerVerlag. 1988.
8. Кругляк Ю.А. Наноэлектроника «снизу – вверх». Одесса: ТЭС. 2015.
9. Hanson G.W. Dyadic Green's functions and guided surface waves for a surface conductivity model of graphene // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. P. 064302(1−8).
10. Falkovsky L.A., Pershoguba S.S. Optical far-infrared properties of a graphene monolayer and multilayer // Phys. Rev. В. 2007. V. 76. P. 153410(1−4).
11. Falkovsky L.A., Varlamov A.A. Space-time dispersion of graphene conductivity // Eur. Phys. J. В. 2007. V. 56. P. 281−284.
12. Фальковский Л.А. Оптические свойства графена и полупроводников типа A4B6 // УФН. 2008. Т. 178. № 9. С. 923−934.
13. Lovat G., Hanson G.W., Araneo R., Burghignoli P. Semiclassical spatially dispersive intraband conductivity tensor and quantum capacitance of graphene // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. P. 115429(1−11).
14. Ryzhii V., Dubinov A.A., Otsuji T., Mitin V., Shur M.S. Terahertz lasers based on optically pumped multiple graphene structures with slot-line and dielectric waveguides // J. Appl. Phys. 2010. V. 107. P. 054505(1−5).
15. Dubinov A.A., Aleshkin V.Y., Mitin V., Otsuji T., Ryzhii V. Terahertz surface plasmons in optically pumped graphene structures // J. Phys.: Condens. Matter. 2011. V. 23. P. 145302(1−8).
16. Dingle R.B. The electrical conductivity of thin wires // Proc. R. Soc. London. 1950. V. A201. P. 545−560.
17. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Радио и связь. 1988.
18. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.: Радио и связь. 1983.
19. Нефедов Е.И., Сивов А.Н. Электродинамика периодических структур. М.: Наука. 1977.
20. Ильинский А.С, Слепян Г.Я. Колебания и волны в электродинамических системах с потерями. М.: Изд-во МГУ. 1983.
21. Slepyan G.Ya., Maksimenko S.A., Lakhtakia A. Yevtushenko O., Gusakov A.V. Electrodynamics of Carbon Nanotubes: Dynamic Conductivity, Impedance Boundary Conditions and Surface Wave Propagation // Phys. Rev. B. 1999. V. 60. № 24. P. 17136−17149.
22. Полищук О.В., Попов В.В., Отсужи Т. Сверхизлучательное усиление терагерцового излучения при возбуждении плазмонных мод в инвертированном графене с планарным распределенным брэгговским микрорезонатором // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49. № 11. С. 1516−1520.
23. Давидович М.В. Анализ плазмонов и гомогенизация в плоскослоистых фотонных кристаллах и гиперболических метаматериалах // ЖЭТФ. 2016. Т. 160. № 6. С. 1069−1083.
24. Давидович М.В. Анализ структур фотоники и наноплазмоники методом интегральных уравнений // Наукоемкие технологии. 2016. Т. 17. № 5. С. 8−18.
25. Давидович М.В., Стефюк Ю.В. Моды многослойного концентрического сферического резонатора // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2009. № 4. С. 18−27.
26. Давидович М.В. Улучшение самофильтрации мод в полых волноводах с многослойной магнитодиэлектрической оболочкой // Радиотехника и электроника. 1994. Т. 39. № 1. С. 53−61.
27. Mie G. Beiträge zur Optik trüber Medien, speziell colloidaler Metallösurcgem // Annalen der Physik. 1908. V. 330. № 3. P. 377−445.
28. Debye P. Der Lichtdruck auf Kugeln von beliebigem material // Annalen der Physik, Vierte Folge. V. 30. № 1. P. 57−136.
29. Doicu A., Wriedt T., Eremin Y.A. Light Scattering by Systems of Particles: Null-Field Method with Discrete Sources: Theory and Programs. Springer. 2006.
30. Hergert W., Wriedt T. (Eds.). The Mie Theory. Basics and Applications. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag. 2012.
31. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. М.: ИЛ. 1961.
32. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука. 1973.
33. Gastine M., Courtois L., Dormann J.L. Electromagnetic Resonances of Free Dielectric Spheres // IEEE Trans. 1967. V. MTT-15. № 12. P. 694−700.
34. Лебедев В.С., Медведев А.С. Эффекты плазмон-экситонного взаимодействия при поглощении и рассеянии света двухслойными наночастицами металл/J-агрегат // Квантовая электроника. 2012. Т. 42. № 8. С. 701−7013.
35. Лебедев В.С., Медведев А.С. Оптические свойства трехслойных металлоорганических наночастиц с внешней оболочкой молекулярных J-агрегатов // Квантовая электроника. 2013. Т. 43. № 11. С. 1065−1077.
36. Друкарев Е.Г., Михайлов А.И. Фотоионизация связанных систем при высоких энергиях // ЖЭТФ. 2018. Т. 153. № 6. С. 867−878.
37. Фарафонов В.Г., Устимов В.И. Рассеяние света малыми многослойными частицами: обобщенный метод разделения переменных // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 124. № 2. С. 255−258.
38. Ivanov V.K,, Kashenock G.Yu., Polozkov R.G., Solovyov A.V. Photoionization cross sections of the fullerenes C20 and C60 calculated in a simple spherical model // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 2001. V. 34. № 21. P. L669.
39. Иванов В.К., Кашенок Г.Ю., Полозков Р.Г., Соловьев А.В Метод расчета сечений фотоионизации фуллеренов на основе приближений локальной плотности и случайных фаз // ЖЭТФ. 2003. Т. 123. № 4. С. 744−756.
40. Solov’yov A.V. Plasmon excitations in metal clusters and fullerenes // Int. J. Modern Phys. 2005. Vol. B 19. № 28. P. 4143−4184.
41. Drukarev E.G., Mikhailov A.I. High-Energy Atomic Physics. Switzerland: Springer. 2016.
42. Гильденбург В.Б., Павличенко И.А. Поверхностные и объемные плазмоны фуллерена C60 // Вестник Нижегородского университета имени Н.И. Лобачевского. 2013. Т. 3. № 1. С. 79−83.
43. Mikhailov S.A., Ziegler K. New electromagnetic mode in graphene // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 99. P. 016803(1−4).
44. Давидович М.В. Плазмоны в многослойных плоскослоистых структурах // Квантовая электроника. 2017. Т. 47 № 6. С. 567−579.
45. Давидович М.В. Комментарий к статье «Плазмоны в волноводных структурах из двух слоев графена» // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 109. № 11. С. 804−805.