Nanoemisores láser con nanoanillos que tienen dispersión Drude
DOI:
https://doi.org/10.30973/progmat/2024.16.3/1Palabras clave:
Nanoemisores, nanoanillos, emision laser, plasmon-polaritonResumen
Estudiamos sistemáticamente la dinámica y la emisión láser de nanoemisores (NE) distribuidos aleatoriamente integrados en una matriz bidimensional (2D) de nanoanillos metálicos (NR) mejorados por las excitaciones de plasmón-polaritón (PP). Se muestra que el tiempo de transición al régimen de generación de láser (inestabilidad) de los campos ópticos NE depende significativamente de la frecuencia del plasma ωp del NR. Los campos PP se excitan macroscópicamente en todo el sistema si ωp de NR excede un cierto valor de transición crítico ωp > ωc. Esto último conduce a un fuerte acoplamiento de la emisión de NE con los campos de PP y a un aumento crítico de la corriente total en el conjunto de NR. Encontramos la dependencia analítica de la amplitud de la corriente crítica I = I(ωp/ωc) en función de la frecuencia del plasma NR, lo que concuerda bien con las simulaciones numéricas.
Citas
AlAloul M, Rasras M. Plasmon-enhanced graphene photodetector with CMOS-compatible titanium nitride. Journal of the Optical Society of America B. 2021, 38(2), 602-610. doi: https://doi.org/10.1364/JOSAB.416520.
Eatemadi A, Karimkhanloo H, Daraee H, Kouh M, Zargham N, Akbarzadeh A, Joo SW. Carbon nanotubes: properties, synthesis, purification, and medical applications. Nanoscale research letters. 2014, 9, 1-13. doi: https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-393.
De Angelis F, Das G, Candeloro P, Patrini M, Galli M, Bek A, Lazzarino M, Maksymov I, Liberale C, Andreani LC, Di Fabrizio E. Nanoscale chemical mapping using three- dimensional adiabatic compression of surface plasmon polaritons. Nature Nanotech. 2010, 5(1), 67-72. doi: https://doi.org/10.1038/nnano.2009.348.
Pitarke JM, Silkin VM, Chulkov EV, Echenique PM. Theory of surface plasmons and surface-plasmon polaritons. Reports on progress in physics. 2006, 70(1), 1. doi: https://doi.org/10.1088/0034-4885/70/1/R01.
Muchuweni E, Mombeshora ET, Martincigh BS, Nyamori VO. Recent applications of carbon nanotubes in organic solar cells. Frontiers in Chemistry. 2022, 9, 733552. doi: https://doi.org/10.3389/fchem.2021.733552.
Habisreutinger SN, Blackburn JL. Carbon nanotubes in high-performance perovskite photovoltaics and other emerging optoelectronic applications. Journal of Applied Physics. 2021, 129(1), 010903. doi: https://doi.org/10.1063/5.0035864.
Moore K, Wei W. Applications of carbon nanomaterials in perovskite solar cells for solar energy conversion. Nano Materials Science. 2021, 3(3), 276-290. doi: https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.03.005.
Tian F, Sumikura H, Kuramochi E, Takiguchi M, Ono M, Shinya A, Notomi M. All-optical dynamic modulation of spontaneous emission rate in hybrid optomechanical emitter-cavity systems. Optica. 2022, 9(3), 309-316. doi: https://doi.org/10.1364/OPTICA.444781.
Burlak G, Medina-Ángel G. Structure of optical Cherenkov radiation in a three-dimensional compound medium with carbon nanotubes. Journal of the Optical Society of America B. 2019, 36(2), 187-193. doi: https://doi.org/10.1364/JOSAB.36.000187.
Burlak G, Cuevas-Arteaga C, Medina-Ángel G, Martínez-Sánchez E, Calderón-Segura YY. Plasmon-polariton oscillations in three-dimensional disordered nanotubes excited by a moving charge. Journal of Applied Physics. 2019, 126(1), 013101. doi: https://doi.org/10.1063/1.5098019.
Burlak G, Medina-Ángel G, Martínez-Sánchez E. Condensation of plasmon-polaritons in dispersive carbon nanotubes assisted by a fast charge. Physica Scripta. 2021, 96(12), 125515. doi: https://doi.org/10.1088/1402-4896/ac2b46.
Yanagi K, Okada R, Ichinose Y, Yomogida Y, Katsutani F, Gao W, Kono J. Intersubband plasmons in the quantum limit in gated and aligned carbon nanotubes. Nature communications. 2018, 9(1), 1121. doi: https://doi.org/10.1038/s41467-018-03381-y.
Singh MR, Schindel DG, Hatef A. Dipole-dipole interaction in a quantum dot and metallic nanorod hybrid system. Applied Physics Letters. 2011, 99(18), 181106. doi: https://doi.org/10.1063/1.3658395.
Terzis AF, Kosionis SG, Boviatsis J, Paspalakis E. Nonlinear optical susceptibilities of semiconductor quantum dot–metal nanoparticle hybrids. Journal of Modern Optics. 2016, 63(5), 451-461. doi: https://doi.org/10.1080/09500340.2015.1079655.
Singh MR, Davieau K, Carson JJ. Effect of quantum interference on absorption of light in metamaterial hybrids. Journal of Physics D: Applied Physics. 2016, 49(44), 445103. doi: 10.1088/0022-3727/49/44/445103.
Yannopapas, V., Paspalakis, E. Optical properties of hybrid spherical nanoclusters containing quantum emitters and metallic nanoparticles. Physical Review B. 2018, 97(20), 205433.
Singh MR. Theory of all-optical switching based on the Kerr nonlinearity in metallic nanohybrids. Physical Review A. 2020, 102(1), 013708. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.102.013708.
Guo J, Black K, Hu J, Singh M. Study of plasmonics in hybrids made from a quantum emitter and double metallic nanoshell dimer. Journal of Physics. 2018, 30(18), 185301. doi: https://doi.org/10.1088/1361-648X/aab72b.
Jackson JD. Classical Electrodynamics. New York, EU: John Wiley and Sons, 1998.
Longe P, Bose SM. Collective excitations in metallic graphene tubules. Physical Review B. 1993, 48(24), 18239. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.18239.
Yannouleas C, Bogachek EN, Landman U. Collective excitations of multishell carbon microstructures: Multishell fullerenes and coaxial nanotubes. Physical Review B. 1996, 53(15), 10225. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.53.10225.
Wei L, Wang YN. Electromagnetic wave propagation in single-wall carbon nanotubes. Physics Letters A. 2004, 333(3-4), 303-309. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.53.10225.
Moradi A, Khosravi H. Plasmon dispersion in metallic carbon nanotubes in the presence of low-frequency electromagnetic radiation. Physics Letters A. 2007, 371(1-2), 1-6. doi: https://doi.org/10.1016/j.physleta.2007.05.110.
Siegman AE. Laseres. Sausalito, California, EU: University Science Books, 1986.
Taflove A, Hagness, SC, Piket-May, M. Computational electromagnetics: the finite-difference time-domain method. The Electrical Engineering Handbook. 2005, 3(629-670), 15. doi: https://doi.org/10.1016/B978-012170960-0/50046-3.
Cao H, Zhao YG, Ho ST, Seelig EW, Wang QH, Chang RPH. Random laser action in semiconductor powder. Physical Review Letters. 1999, 82(11), 2278. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.2278.
Abramowitz M, Stegun IA. Handbook of Mathematical Functions: with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables. New York, EU: Dover Books on Mathematics, 1965.
Alexandrov AF, Bogdankevich LS, Rukhadze AA. Principles of plasma electrodynamics 9th ed. Berlin, Germany: Springer, 1984.
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