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金属微粒子の電界分布

光の領域での金属のように誘電率が負になると、 時間領域差分法(FDTD法)では分散性媒質として扱う必要があります。

図1が計算モデルです。Y方向に一様な2次元モデルを考え、 直径20nmの二つの銀の球(2次元なので円柱)を距離1nm離して置きます。 メッシュサイズは0.5nmとします。 拡張Debye/Drude分散のパラメータは ε∞=6.4, ae=2.59e18, be=-2.59e18 ce=8.8e13 とします。 これに+Z方向からX方向に偏波した平面波を入射します。

図2はパルスを入射したときの収束状況です。 金属が共振状態となるために収束が遅く、 多くのタイムステップ数(本ケースでは約50000)が必要になります。

図3は、周波数600THz-820THz(波長は500nm-366nm)での電界分布です。 入射波の大きさは0dBV/mで、赤が40dBV/m(電力で入射波の10000倍)です。
図から700THz(波長429nm)付近で銀粒子間に最大の電界が発生することがわかります。

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図1 計算モデル(2次元モデル)

図2 収束状況

図3 電界分布の周波数特性(Y面、600-820THz)