برانگیختگی موج پلکسایتون سطحی در فصل‌مشترک یک لایۀ نازک فلزی و یک لایۀ نازک دی‌الکتریک نماتیک با ریخت‌شناسیS آلائیده با رنگدانه‌های سیانین

یاقوتی, عمادالدین; بابائی, فریدون

doi:10.47176/ijpr.25.1.12037

برانگیختگی موج پلکسایتون سطحی در فصل‌مشترک یک لایۀ نازک فلزی و یک لایۀ نازک دی‌الکتریک نماتیک با ریخت‌شناسیS آلائیده با رنگدانه‌های سیانین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

عمادالدین یاقوتی

فریدون بابائی

دانشکده علوم پایه ، دانشگاه قم، قم

https://doi.org/10.47176/ijpr.25.1.12037

چکیده

در این پژوهش ، برهم‌کنش بین پلاسمون و اکسایتون از یک ساختار دو‌لایه‌ای در یک پیکربندی کرشمن به طور کلاسیکی و با استفاده از مدل‌سازی اپتیکی به روش ماتریس انتقال مطالعه می‌شود. محیط پلاسمونی از جنس فلز نقره و محیط اکسایتونی سه‌مؤلفه‌ای شامل هوا، مولکول‌های سیانین با انباشت J و یک لایۀ نازک دی‌الکتریک S-شکل از جنس منیزیوم فلوراید است. انتشار نور در ساختار با قطبش خطی TM بوده و به منظور تحلیل طیف پلکسایتونی، جذب اپتیکی برای فلز، نیمه‌رسانا و کل ساختار برحسب انرژی فوتون فرودی رسم ‌می‌شود. با مقایسۀ طیف‌های حاصل، جفت‌شدگی پلاسمون و اکسایتون و تأثیر پارامترهای مختلف ساختاری بر آن تحقیق می‌شود. مدهای اپتیکی حاصل از جفت‌شدگی پلاسمون و اکسایتون ‌می‌توانند کاربردهای بالقوه‌ای در حسگرهای فوتونیکی، پردازش اطلاعات کوانتومی و کلیدهای نوری داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

پلاسمون

اکسایتون

پلکسایتون

لایه‌ی نازک نماتیک

موضوعات

اپتیک و فوتونیک

عنوان مقاله English

Excitation of surface plexciton wave at interface of a metallic thin film and an S- shaped nematic dielectric thin film doped by Cyanin pigments

نویسندگان English

Emadoddin Yaghooti

Ferydon Babaei

Department of Physics / Faculty of Basic Sciences / University of Qom, Qom, Iran

چکیده English

In this study, the interaction between plasmons and excitons in a two-layered structure within a Kretschmann configuration is classically studied using optical modeling based on the transfer matrix method. The plasmonic medium consists of silver, while the excitonic environment comprises three components: air, J-aggregated cyanine molecules, and an S-shaped dielectric thin film made of magnesium fluoride. Light propagation in the structure occurs with TM polarization. To analyze the plexcitonic spectrum, the optical absorption is plotted as a function of the incident photon energy for the metal, the semiconductor, and the entire structure. By comparing the obtained spectra, plasmon-exciton coupling is investigated, along with the effects of various structural parameters on it. The optical modes arising from plasmon-exciton coupling can have potential applications in photonic sensors, quantum information processing, and optical switches.

کلیدواژه‌ها English

plasmon

exciton

plexciton

nematic thin film

J Sun, et al., Nanoscale 13, 8 (2021) 4408.
Y Chen and M Sun, Nanoscale 15 (2023)11834.
H Kim, et al., Rep.12, 1 (2022) 22252.
A V Zayats, I I Smolyaninov, and A A Maradudin, Rep. 408, 3-4 (2005) 131.
V M Shalaev and S Kawata, ‟Nanophotonics with Surface Plasmons”, Elsevier (2006).
S Ateş, ‟Tuning the exciton-plasmon coupling”, Doctoral Dissertation, Bilkent University (2012).
S A Maier, ‟Plasmonics: Fundamentals and Applications”, Springer (2007).
P Törmä and W L Barnes, Prog. Phys. 78, 1 (2015) 013901.
A V Zayats and I I Smolyaninov, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 5, 4 (2003) S16.
L Novotny and B Hecht, ‟Principles of Nano-Optics”, Cambridge University Press (2006).
T Pörmä and W L Barnes, Prog. Phys. 78, 1 (2015) 013901.
F Babaei, M Javidnasab, and A Rezaei, Plasmonics 13 (2018) 1491.
F Babaei and M Rostami, Commun. 439 (2019) 8.
S Brenet, et al., Chem. 90, 16 (2018) 9879.
E Cao, et al., Nanophotonics 7, 1 (2018) 145.
W X Tang, et al., Opt. Mater. 7, 1 (2019) 1800421.
M D Pickett, A Lakhtakia, and J Polo Jr, Optik 115, 9 (2004) 393.
A Lakhtakia and R Messier, ‟Sculptured Thin Films: Nanoengineered Morphology and Optics”, SPIE (2005).
K Robbie, J C Sit, and M J Brett, Vac. Sci. Technol. B 16 (1998) 1115.
J Polo, T Mackay, and A Lakhtakia, ‟Electromagnetic surface waves: a modern perspective”. Newnes (2013).
M Rostami and F Babaei, Optik, 268 (2022) 169850.
J C Hernández and J A Reyes, Rev. E 96, 6 (2017) 062701.
H Savaloni, et al., Appl. Surf. Sci. 255, 18 (2009) 8041.
H Savaloni, et al., Vacuum 85, 7 (2011) 776.
H E Bennett and J Porteus, Opt. Soc. Am. 51, 2 (1961) 123.
M Fakharpour, F Babaei, and H Savaloni, Plasmonics11 (2016) 1579.