نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشگاه قم، قم

چکیده

در این پژوهش، جفت شدگی پلاریتون-پلاسمون سطحی و پلاریتون- اکسیتون سطحی در یک ساختار چند لایه‌ای از محیط فلزی و لایه‌های نازک ستونی دی الکتریک با حائل اکسیتونی در پیکربندی کریشمن با استفاده از روش ماتریس انتقال به طور نظری تحقیق شد. تأثیر پارامترهای ساختاری از قبیل طول ستون‌های لایه‌های نازک ستونی و زاویة‌ رشد آنها، ضریب شکست منشور ، کسر حجمی هوا در لایه‌ها‌ی نازک ستونی و ضخامت محیط اکسیتونی روی جفت شدگی مطالعه شد. نتایج نشان داد که با کاهش طول ستون های محیط دی الکتریک و ضریب شکست منشور، جفت شدگی قوی‌تر می‌شود. با کاهش کسر حجمی هوا در لایة نازک ستونی، همزمان با افزایش ضخامت محیط اکسیتونی نیز جفت شدگی قوی‌تر می‌شود و جفت شدگی فوق قوی در 0/2=fv به دست آمد. طیف انرژی شاخه‌های پلکسیتونی برحسب بسامد واکوکی نشان‌دهندة رفتار غیر متقاطع مدهای پلکسیتونی است که قدرت جفت شدگی مدها از ناحیة متوسط تا فوق قوی را شامل می‌شود‏.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Interaction of plasmon-exciton in a columnar dielectric thin film with a structural defect excitonic thin film

نویسندگان [English]

  • Mona Rostami
  • Ferydon Babaei

Department of Physics, University of Qom, Qom, Iran

چکیده [English]

In this research, the coupling of surface plasmon-polariton and surface exciton-polariton in a multilayer structure of metallic medium and columnar dielectric thin film with excitonic spacer in Kretschmann configuration theoretically is investigated; using transfer matrix method. The effect of structural parameters such as the length of columns of columnar thin film and the rise angle of them, the refractive index of prism, the void fractions of columnar thin film and the thickness of excitonic medium on coupling are studied. The results showed that the coupling becomes strength by decreasing the length of columns of dialectic medium and refractive index of prism. Also, by reducing the volume fraction of air in columnar thin film, the coupling becomes stronger as the thickness of the excitonic medium increases and the ultra- strong coupling was obtained at fv=0.2. The energy spectrum of plexciton branches in terms of detuning frequency indicates the anti-crossover behavior of plexciton modes, which includes the coupling strength of the modes from the medium to ultra-strong region.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • plexciton
  • Kretschmann configuration
  • transfer matrix method
  • strong coupling
  • Rabi splitting energy
  1. X Li, et al., Advanced Optical Materials 6, 18(2018) 1.
  2. J R Tischler, et al., Organic Electronics 8 (2007) 94.
  3. S Balci and C Kocabas, Optics Letters 40, 14 (2015) 3424.
  4. P Vasa, Advances in Physics: X 5, 1 (2020) 1749884.
  5. Wang, et al. American Chemical Society Nano 8, 1 (2013) 1056.
  6. H Hassan, et al., Applied Surface Science 441 (2018) 341.
  7. J Bellessa, et al., Electronics 3, 2 (2014) 303.
  8. G P Wiederrecht, J E Hall, and A Bouhelier, Physical Review Letters 98, 8 (2007) 083001.
  9. P Vasa, et al., Nature Photonics 7 (2013) 128.
  10. N Li, et al., Materials Chemistry C 8, 23 (2020) 7672.
  11. F M Balci, et al., Physical Chemistry C 123, 43 (2019) 26571.
  12. D Melnikau, et al., Physical Chemistry Letters, 7, 2 (2016) 354.
  13. Y Xu, L Wu, and L.K Ang, Physical Review Applied 12, 2 (2019) 024029.
  14. A V Zayatsa, I I Smolyaninovb, and A A Maradudin, Physics Reports 408, 3-4 (2005) 131.
  15. J A Polo and A Lakhtakia, Proceedings of the Royal Society A 465 (2009) 87.
  16. A Lakhtakia and R Messier, Library of Congress Cataloging-in-Publication Data, SPIE—The International Society for Optical Engineering, "Sculptured Thin Films Nanoengineered Morphology and optics".
  17. FBabaei and MRostami, Optics Communications 439 (2019) 8.
  18. G D Chatzidakis and V Yannopapas, Modern Optics 66, 15 (2019) 1558.
  19. M Wang, et al., Advanced Materials 30, 22 (2018) 1705779.
  20. G Zengin, et al., Physical Review Letters, 114, 15 (2015) 1.
  21. S Balci, et al., American Chemical Society Photonics 3, 11 (2016) 2010.
  22. W Liu, et al., American Chemical Society Photonics 5, 1 (2017) 192.
  23. R Chikkaraddy, et al., Nature 535 (2016) 127.
  24. R Thomas, et al., American Chemical Society Nano 12, 1 (2018) 402.
  25. D E Go´mez, et al., Nano Letters 10, 1 (2010) 274.
  26. J Qin, et al., Physical Review Letters 124, 6 (2020) 063902.
  27. S Balci, et al., Optics Letters 39, 17 (2014) 4994.
  28. S Balci, et al., Physical Review B 86, 23 (2012) 235402.
  29. D G Lidzey and D M Coles, "Organic and Hybrid Photonic Crystals", chapter1, Springer (2015) 243-273.
  30. M Hertzog, et al, Chemistry Society Review 48 (2019) 937.
  31. J A Polo, T G Mackay, and Akhlesh Lakhtakia, Optical Society of America 28, 11 (2011)
  32. J Zhang, L Zhang, and W Xu, Applied Physics 45, 11 (2012)
  33. E Kretschmann and H Raether, Zeitschrift für Naturforschung A 23, 12 (1968) 2135.
  34. T G Mackay, J A Polo, and A Lakhtakia, “Electromagnetic Surface Waves: A Modern Perspective”, Elsevier, Waltham (2013).

تحت نظارت وف ایرانی