نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
دانشکده علوم پایه ، دانشگاه قم، قم
چکیده
در این مقاله، برانگیختگی حالتهای اپتیکی حاصل از جفتشدگی پلاسمون-اکسایتون در ساختار نانوذرات دولایهای به روش تفاضل محدود در حوزۀ زمان، شبیهسازی و مطالعه شده است. خواص اپتیکی و شکافتگی رابی با تحلیل سطح مقطع خاموشی از نانوذرات تحقیق شده است. با توجه به حساسیت انرژی برانگیختگی مدهای پلاسمونی و اکسایتونی به پارامترهای ساختاری از جمله اندازۀ نانوذرات، از این ویژگی میتوان به عنوان ابزاری برای تنظیم دقیق جفتشدگی و شکافتگی رابی میان مدهای اولیه و به دست آوردن حالات هیبریدی جدید بهینه، استفاده کرد. با توجه به خواص منحصر به فرد فلزات طلا و نقره در شکلگیری پلاسمونهای سطحی جایگزیده و قدرت نوسانگری بالای مولکولهای سیانین در برانگیختگیهای اکسایتونی، جفتشدگی این مواد با هم مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسیها نشان داد از جفتشدگی فلزات طلا و نقره با سیانین میتوان به حالتهای جدید پلکسایتونی در نظام جفتشدگی قوی دست یافت. حاصل شدن مدهای چندگانۀ پلکسایتونی در طیفهای اپتیکی میتواند کاربردهای گستردهای در حسگرهای فوتونیکی و سوئیچهای نوری و پردازش اطلاعات کوانتومی داشته باشد.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Plasmon-exciton coupling in bilayer plexiton nanoparticles
نویسندگان [English]
- Emadoddin Yaghooti
- Ferydon Babaei
Department of Physics, Faculty of Basic Sciences,/ University of Qom, Qom, Iran
چکیده [English]
In this article, the excitation of optical states arising from plasmon-exciton coupling in bilayer nanoparticle structures is simulated and analyzed using the finite-difference time-domain method. Optical properties and Rabi splitting are examined through the extinction cross-section analysis of the nanoparticles. Given the sensitivity of the excitation energies of plasmonic and excitonic modes to structural parameters, such as nanoparticle size, this characteristic can be leveraged as a precise tool to tune the coupling strength and Rabi splitting between primary modes, enabling the creation of optimized new hybrid states. Due to the unique properties of gold and silver in supporting localized surface plasmons and the high oscillator strength of cyanine molecules in excitonic excitations, the coupling of these materials is evaluated. Results show that coupling gold and silver with cyanine can yield new plexcitonic states within the strong coupling regime. The emergence of multiple plexcitonic modes in the optical spectra holds broad potential applications in photonic sensors, optical switches, and quantum information processing.
کلیدواژهها [English]
- plasmon
- exciton
- Rabi splitting
- plexciton
- J Sun, et al., Nanoscale 13, 8 (2021) 4408.
- E Cao, et al., Nanophotonics 7, 1 (2018) 145.
- S A Maier, ‟Plasmonics: Fundamentals and Applications”, New York:Springer 1 (2007) 245.
- S A E Moskalenko, S A Moskalenko, and D W Snoke, ‟Bose-Einstein Condensation of Excitons and iexcitons”, Cambridge University Press (2000).
- D G Baranov,et al., ACS Photonics 5, 1(2018) 24.
- Y Chen and M Sun, Nanoscale (2023)
- F Babaei and M Rostami, Commun. 439 (2019) 8.
- R Yu, et al., Soc. Rev. 46, 22 (2017) 6710.
- F Babaei, M Javidnasab, and A Rezaei, Plasmonics 13 (2018) 1491.
- F Babaei, M Javidnasab, and A Rezaei, Plasmonics 14 (2019) 285.
- S Balci, ACS Photonics 3, 11 (2016) 2010.
- K Takatori, et al., Lett. 42, 19 (2017) 3876.
- K Khurana and N Jaggi, Plasmonics16, 4 (2021) 981.
- B Dastmalchi, et al., Opt. Mater. 4, 1 (2016) 177.
- T J Davis and D E Gómez, Modern Phys. 89, 1 (2017) 011003.
- A Agrawal, et al., Rev, 118, 6 (2018) 3121.
- J Zhao, et al., Soc. Rev. 50, 21(2021) 12070.
- A P Manuel, et al., Mater. Chem. C 7, 7 (2019) 1821.
- M S Tame, et al., Nature Physics 9,6 (2013) 329.
- A Delgado, et al., Chem. Educ. 80, 9 (2003) 1062.
- P B Johnson and R W Christy, Rev. B 6, 12 (1972) 4370.
- E D Palik (Ed.), ‟Handbook of Optical Constants of Solids III”, Academic Press (1998).
- L Novotny, J. Phys. 78, 11 (2010).
- M Hertzog, et al., Soc. Rev. 48, 3 (2019) 937-961.
- H Wei, et al., Funct. Mater. 31, 51 (2021) 2100889.
- Y M Lee, S E Kim, and J E Park, Nano Converg. 10, 1 (2023) 34.
- J Dey, A Virdi, and M Chandra, Phys. Chem. Lett. 15, 30 (2024) 7674
)