纵-横场与单体-集体激发耦合的完备微观理论
介观与纳米尺度物理
2022-05-03 v2 光学
摘要
等离激元是由库仑相互作用引起的电子集体激发。等离激元和单粒子激发（SPE）都是块体金属系统的本征态，且彼此正交。然而，在非平移对称系统（如纳米结构）中，等离激元与 SPE 会发生相干相互作用。已有充分讨论表明，在此类系统中等离激元和 SPE 可分别与横向（T）电场耦合，并且它们也通过纵向（L）场彼此耦合。但以往研究中缺失了一个环节：等离激元与 SPE 之间由 T 场介导的相干耦合。在此，我们发展了一个理论框架，通过 L 场和 T 场描述等离激元与 SPE 之间的自洽关系。激发用非局域极化率本构方程中的电荷密度与电流密度表示，其中密度包含 L 与 T 分量。由密度产生的电磁场用麦克斯韦方程中的格林函数描述。T 场由两个密度共同产生，而 L 分量仅归因于电荷密度。我们引入了一个在库仑规范下结合矢量势与标量势的四矢量表示，其中 T 场与 L 场被显式分离。自洽方程矩阵的本征值作为系统激发的极点出现。所发展的公式可用于探索等离激元与辐射场产生的热载流子之间相干耦合增强的未知机制。
引用
@article{arxiv.2105.09441,
title = {Comprehensive Microscopic Theory for Coupling of Longitudinal--Transverse Fields and Individual--Collective Excitations},
author = {Tomohiro Yokoyama and Masayuki Iio and Takashi Kinoshita and Takeshi Inaoka and Hajime Ishihara},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.09441},
year = {2022}
}