基于求解耦合体积积分方程与两流水动力学方程的半导体纳米结构电磁散射分析
光学
2026-05-01 v1
摘要
半导体基Plasmonic 纳米结构在红外区域支持局部表面等离子模式。与金属纳米结构不同的是，它们同时支持自由电子和空穴，要求使用两种流水动力学 Drude 方程（HDE）来准确捕捉空间色散效应和低频声学等离子模式，这些效应无法由单流模型描述。本文提出了一种基于体积积分方程（VIE）的求解器，用于半导体纳米结构的电磁散射分析。该方法将以电通量密度和自由电子、空穴极化电流形式的 VIE 与两种流 HDE 耦合。该耦合系统采用四面体网格进行离散化，并使用两级迭代求解器高效求解。与有限元方法不同，所提出的 VIE 方法无需对整个域进行网格划分，并且本质上满足辐射条件，从而消除人工吸收边界。数值结果表明，针对 InSb 类型半导体纳米结构，所提出的 VIE 汇解器在准确性和效率方面都表现出色，并且能够捕捉独特的光学现象，如声学等离子共振和局部表面等离子共振的蓝移，这些现象无法由单流 HDE 或经典 Drude 模型描述。
引用
@article{arxiv.2604.28083,
title = {Analysis of Electromagnetic Scattering from Semiconductor Nanostructures by Solving Coupled Volume Integral and Two-fluid Hydrodynamic Equations},
author = {Doolos Aibek Uulu and Meruyert Khamitova and Rui Chen and Liang Chen and Ping Li and Hakan Bagci},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.28083},
year = {2026}
}