Peculiar local field responses in Fano-resonant multilayer systems and their applications

Fano共振多层系统中特殊的局部场响应及其应用

基本信息

批准号：
22K04967
负责人：
林真至
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04967/
关键词：
Fano共鳴近接場応答多層膜系多層膜局所場近接場

项目摘要

本年度は、Fano共鳴を示す多層膜系の特異な局所場応答を解明するために、以下の点について研究を推進した。（１）平面多層膜系での入れ子構造によるFano共鳴の発現：従来のATR測定により、平面多層膜系のFar-field応答にFano共鳴が現れることが分かっている。ATR応答は、そもそも系全体の光吸収応答によって決定されるが、ブロードなモードを示す、金属プラズモン層あるいは誘電体導波路層内でのFano形状と、もう一方のシャープなモードを示す誘電体導波路層のLorentzian形状の重ね合わせの結果としてFano形状が発現する（Fano形状=Fano形状＋Lorentzian形状）と考えられる。さらに、金属プラズモン層あるいは誘電体導波路層の局所場は、層の厚み方向に沿って異なるFano形状を示し、結局層全体のFano形状は様々なFano形状の重ね合わせの結果である（Fano形状＝Fano形状の足し合わせ）ことが示唆される。従来の誘電体のみの多層膜の計算を発展させ、今回金属―誘電体多層膜系についても、解析を進めた。その結果、誘電体のみの多層膜に限らず金属―誘電体多層膜も含めて、一般的にFar-fieldのFano光学応答が、上述の入れ子構造のメカニズム（多重Fano共鳴）で発現することが明らかになった。（２）球形多層膜系のＦano共鳴への展開：従来は、平面多層膜系を研究対象にしてきたが、さらに多様な局所場の振舞いを解明するために、コアーシェル多層膜球の光学応答の研究に着手した。数値計算を可能とするため、Mie散乱の効率を一般的に計算できるプログラムを構築した。そのプログラムを使って、励起子吸収を示す球形誘電体ナノ粒子の計算を行ったところ、散乱スペクトル及び減光スペクトルにFano共鳴が見出された。

今年，我们对以下几点进行了研究，以阐明表现出法诺共振的多层薄膜系统独特的局部场响应。 (1)平面多层薄膜系统中嵌套结构引起的Fano共振的表达：传统的ATR测量表明，Fano共振出现在平面多层薄膜系统的远场响应中。 ATR响应最初由整个系统的光吸收响应决定，但认为金属等离子体激元层或电介质波导层中的Fano形状表现出宽模式，而电介质导体中的Fano形状表现出尖锐模式。表现为波层洛伦兹形状叠加的结果（法诺形状 = 法诺形状 + 洛伦兹形状）。此外，金属等离子体激元层或介质波导层的局域场沿着层的厚度方向表现出不同的Fano形状，最终整个层的Fano形状是各种Fano形状叠加的结果（Fano形状=添加 Fano 形状）。我们对仅由介电材料制成的多层薄膜进行了常规计算，现在继续分析金属-介电多层薄膜系统。结果，我们发现，不仅在仅由电介质制成的多层膜中，而且在金属-电介质多层膜中，远场 Fano 光学响应通常由上述嵌套结构机制（多重 Fano 共振）表示。清除。 (2)法诺共振在球形多层薄膜系统中的发展：传统上，平面多层薄膜系统一直是研究的主题，但为了阐明更多样化的局部场的行为，我们研究了核-壳多层薄膜的光学响应我开始研究电影领域。为了进行数值计算，我们构建了一个可以普遍计算米氏散射效率的程序。当该程序用于计算表现出激子吸收的球形介电纳米颗粒时，在散射和消光光谱中发现了法诺共振。