Терагерцовая спектроскопия металлических ансамблей частиц

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Цель работы
Взаимодействие терагерцовых импульсов с металлической частицей
Взаимодействие терагерцовых импульсов с ансамблем металлических частиц
Вывод
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель данной работы продемонстрировать физические механизмы, лежащие в основе ТГц излучения ансамблей металлических частиц через экспериментальные данные, полученные моделированием.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ИМПУЛЬСОВ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЧАСТИЦЕЙ
Электромагнитный отклик субволновой металлической частицы под действием терагерцового излучения определяется двумя событиями:
1) ТГц излучение электромагнитной волны проникает на поверхность частицы на расстояние δ ~ 100 нм в металле, где вызывает движение зарядов, а, следовательно, появление поверхностной плотности тока.
2) Возникновение дипольного электрического поля, которое образуется в результате накопления отрицательных и положительных зарядов на противоположных сторонах поверхности частицы.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ИМПУЛЬСОВ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЧАСТИЦЕЙ
Рассмотрим падение на частицу меди диаметром D = 70 мкм, расположенной в вакууме, электромагнитного импульса терагерцового диапазона частот с центральной частотой 0,6 ТГц.
На рис. 1 приведена серия снимков электрического распределения амплитуды поля, в разные моменты времени, в начальный(A),в момент времени равным 3,5 пикосекунд (B), 4 пс (C),5 пс (D)

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ИМПУЛЬСОВ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЧАСТИЦЕЙ
A - 0 пс
B - 3.5 пс
C - 4 пс
D- 4.5 пс
Рис. 1. Серия снимков
электрического
распределения
амплитуды поля.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ИМПУЛЬСОВ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЧАСТИЦЕЙ
Рис. 2. Вектора электрического поля в непосредственной близости от частицы меди.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ИМПУЛЬСОВ С АНСАМБЛЕМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ
На рис.3. приведена серия снимков распределения амплитуды поля металлического ансамбля частиц меди размером 2 на 2 мм, диаметр каждой из частиц D=70 мкм.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ИМПУЛЬСОВ С АНСАМБЛЕМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ
A - 0 пс
B - 3 пс.
C - 4 пс
D - 5 пс
Рис. 3. Серия снимков
электрического
распределения
амплитуды поля ансамбля
металлических частиц

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ИМПУЛЬСОВ С АНСАМБЛЕМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ
Далее рассмотрим зависимость электрического поля от толщины ансамбля металлических частиц L. На графиках (1-3) представлена данная зависимость при различных L, L=0,6 mm(График1), L=1,2 mm(График2), L=1,8 mm(График3):

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ИМПУЛЬСОВ С АНСАМБЛЕМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ
График1 , L=0,6 mm

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ИМПУЛЬСОВ С АНСАМБЛЕМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ
График2 , L=1,2 mm

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ИМПУЛЬСОВ С АНСАМБЛЕМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ
График3 , L=1,8 mm

ВЫВОД
В данной работе было исследовано терагерцовая спектроскопия металлической частицы, ансамбля, состоящего из металлических частиц, а также была рассмотрена зависимость электрического поля от толщины ансамбля металлических частиц. Для моделирования процессов был использован FDTD метод для решения уравнения Максвелла в двух измерениях. Для визуализации использовалась программа CST Studio Suite 2011.