Поддельный поверхностный плазмон - Spoof surface plasmon

Подделка поверхностных плазмонов, также известный как имитация поверхностных плазмонных поляритонов, находятся поверхность электромагнитные волны в микроволновая печь и терагерц режимы, которые распространяются вдоль плоских границ раздела с изменяющимся знаком диэлектрические проницаемости. Поверхностные плазмоны подделки - это разновидность поверхностный плазмон-поляритон, которые обычно распространяются по металл и диэлектрик интерфейсы в инфракрасный и видимый частоты. Поскольку поверхностные плазмонные поляритоны не могут естественным образом существовать в микроволновых и терагерцовых частотах из-за разброс свойства металлов, имитация поверхностных плазмонов требует использования искусственно созданных метаматериалы.

Поверхностные плазмоны имитации разделяют естественные свойства поверхностных плазмонных поляритонов, такие как характеристики дисперсии и ограничение субволнового поля. Впервые они были теоретизированы Джон Пендри и другие.^[1]

Теория

Колебания SPP между границей раздела металл-диэлектрик

Поверхностные плазмонные поляритоны (ПП) возникают в результате взаимодействия делокализованный электрон колебания ("поверхностный плазмон ") электромагнитным волнам ("поляритон ППП распространяются вдоль границы раздела между материалом с положительной и отрицательной диэлектрической проницаемостью. Эти волны затухают перпендикулярно от границы раздела («мимолетное поле "). Для плазмонной среды, стратифицированной по z-направлению в Декартовы координаты дисперсионное соотношение для ППП можно получить из решения Уравнения Максвелла:^[2]

${ displaystyle k_ {x} = { frac { omega} {c}} left ({ frac { varepsilon _ {1} varepsilon _ {2}} { varepsilon _ {1} + varepsilon _ {2}}} right) ^ { frac {1} {2}}}$

куда

• ${ displaystyle k_ {x}}$ это волновой вектор что параллельно интерфейсу. Это в направлении распространение.
• ${ displaystyle omega}$ это угловая частота.
• ${ displaystyle c}$ это скорость света.
• ${ displaystyle varepsilon _ {1}}$ и ${ displaystyle varepsilon _ {2}}$ - диэлектрические проницаемости для металла и диэлектрика.

Согласно этому соотношению, SPP имеют более короткие длины волн, чем свет в свободном пространстве для полосы частот ниже частоты поверхностных плазмонов; это свойство, а также ограничение субволновой длины позволяет использовать новые приложения в субволновая оптика и системы за пределами дифракционный предел.^[2] Тем не менее, для диапазонов более низких частот, таких как микроволновая и терагерцовая, режимы поверхностного плазмон-поляритона не поддерживаются; металлы функционируют примерно как идеальные электрические проводники с мнимыми диэлектрическими функциями в этом режиме.^[3] По эффективная среда подход, металлические поверхности с субволновыми структурными элементами могут имитировать плазма поведение, приводящее к возбуждению искусственных поверхностных плазмон-поляритонов с аналогичным дисперсионным поведением.^[3][4][5]

Методы и приложения

Использование субволновых структур для создания низкочастотных плазмонные возбуждения был впервые теоретизирован Джон Пендри и другие. в 1996 г .; Пендри предложил периодическая решетка тонких металлических проволок с радиусом 1 мкм можно использовать для поддержки поверхностных мод с частотой отсечки плазмы 8,2 ГГц.^[3] В 2004 году Пендри и др. расширил подход к металлическим поверхностям, перфорированным отверстиями, назвав искусственные возбуждения SPP «плазмонами поддельной поверхности».^[4][5]

В 2006 г. распространение терагерцовых импульсов в плоских металлических структурах с отверстиями было показано с помощью FDTD симуляции.^[6] Martin-Cano et al. реализовал пространственную и временную модуляцию управляемых терагерцовых мод с помощью металлических параллелепипед структуры, которые они назвали "домино плазмоны ".^[7] Дизайнерские плазмонные структуры имитации также были адаптированы для улучшения характеристик терагерцового диапазона. квантовые каскадные лазеры в 2010.^[8]

Поверхностные плазмоны имитации были предложены как возможное решение для уменьшения перекрестные помехи в СВЧ интегральные схемы, линии передачи и волноводы.^[1] В 2013 году Ма и др. продемонстрировал совпадает преобразование из копланарный волновод с характеристическое сопротивление 50 Ом к ложно-плазмонной структуре.^[9] В 2014 году интеграция коммерческих малошумящий усилитель реализованы плазмонные структуры с подменой; сообщается, что система работала от 6 до 20 ГГц с прирост около 20 дБ.^[10] Kianinejad et al. также сообщил о конструкции медленная волна ложно-плазмонная линия передачи; преобразование из квази-ТЕМ микрополоска режимы для TM Были также продемонстрированы режимы подмены плазмонов.^[11]

Ханикаев и др. сообщили о невзаимной имитации поверхностных плазмонных мод в структурированном проводнике, встроенном в асимметричный магнитооптический средний, что приводит к односторонней передаче.^[12] Pan et al. наблюдал отклонение определенных мод плазмонов имитации с введением электрически резонансных частиц метаматериала в полоску имитации плазмонов.^[13] Локализованные плазмоны с ложной поверхностью были также продемонстрированы для металлических дисков в микроволновых частотах.^[14][15]

Смотрите также

• Фотонный кристалл
• Плазмонный метаматериал
• Superlens
• Терагерцовый метаматериал

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Уидобро, Палома Арройо; Фернандес-Домингес, Антонио I .; Пендри, Джон Б.; Мартин-Морено, Луис; Гарсия-Видаль, Франсиско Дж. (Январь 2018 г.). Подделка поверхностных плазмонных метаматериалов. Издательство Кембриджского университета. Дои:10.1017/9781108553445. ISBN  9781108553445.