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금속 표면에 존재하는 자유전자들이 외부의 빛을 흡수해서 집단적으로 진동하는데 이를 표면 플라즈몬 공명이라 한다. 표면 플라즈몬 공명 분광기의 민감도와 기능성을 향상시키기 위해 금속 박막 표면 위의 구조를 여러 가지 모양으로 변형시키는데 만약 금속 박막 표면 위에 흡착된 나노 입자의 크기가 1 nm 이하가 되면 고전역학적 해석이 불가능해 진다. 그렇기 때문에 미시적인 세계에서 성립하는 양자역학의 도입하여 나노 입자에 의한 ...

금속 표면에 존재하는 자유전자들이 외부의 빛을 흡수해서 집단적으로 진동하는데 이를 표면 플라즈몬 공명이라 한다. 표면 플라즈몬 공명 분광기의 민감도와 기능성을 향상시키기 위해 금속 박막 표면 위의 구조를 여러 가지 모양으로 변형시키는데 만약 금속 박막 표면 위에 흡착된 나노 입자의 크기가 1 nm 이하가 되면 고전역학적 해석이 불가능해 진다. 그렇기 때문에 미시적인 세계에서 성립하는 양자역학의 도입하여 나노 입자에 의한 반사율 곡선의 변화를 합리적으로 이해하여 나노 입자의 크기에 따른 양자적 효과를 잘 설명할 수 있다.금속 박막 표면 위에 나노 입자의 크기를 다양하게 변화시키면서 표면 플라즈몬의 광학적 성질을 양자역학적인 관점에서 밝혀내기 위해서 역학계가 가질 수 있는 두 상태 간의 모든 가능한 경로들을 고려하는 파인만의 경로적분법을 이용하였다. 수많은 경로들 중에서 메커니즘에 크게 영향을 미치는 중요한 경로들만을 골라 계산을 하는 프로그램인 실시간 걸러진 전파 범함수경로 적분법을 이용하여 입사하는 빛에 의해서 표면 플라즈몬에 의해서 에너지 전달 메커니즘이 어떻게 일어나게 알아보았다.박막 자체는 한 개의 모드를 가지기 때문에 두 단계 상태로 모델을 세울 수 있는 반면에 나노 입자가 박막에 흡착되어 있을 때는 금 박막 자체의 표면 플라즈몬간의 관계를 쌍극자-쌍극자 간의 상호작용을 통해서 플라즈몬 에너지 준위를 3단계 모델로 나타낼 수 있다. 새롭게 설계된 플라즈몬 에너지 준위들은 입자에 따른 흡광 효율 그래프로 구할 수 있다. 그리고 플라즈몬 에너지 준위들간의 관계를 라그랑지안을 세워 박막과 입자에서 생기는 플라즈몬간의 상호작용으로부터 얻어낼 수 있다. 입사하는 빛에 의해서 금속 박막에서 플라즈몬의 에너지 준위로부터 표면 위 매우 작은 금속 입자에 의해서 생긴 국소 표면 플라즈몬의 에너지 준위들 간의 상호작용에 의해서 입자의 크기가 작을 때는 고전역학보다 양자역학적인 계산을 통해서 더욱 용이하게 플라즈몬의 동역학적 현상을 밝혀낼 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A quantum dynamical description of surface plasmon resonance (SPR) is present based on the tight-binding model coupled to an external field and dissipative environment. Conduction electrons in a metal film and nanoparticles are excited to surface plasmons (SPs) with collective oscillation created by...

A quantum dynamical description of surface plasmon resonance (SPR) is present based on the tight-binding model coupled to an external field and dissipative environment. Conduction electrons in a metal film and nanoparticles are excited to surface plasmons (SPs) with collective oscillation created by the plane-polarized light. Characteristically, the substantial enhancement of induced electromagnetic fields is observed due to the interaction between a thin film and nanoparticles. While these phenomena have conventionally been understood through classical approaches using Maxwell’s equations, quantum confinement effect is no longer negligible as the diameter of nanoparticles deposited on a thin film reaches under 1 nm. For SPR on a smooth gold film, reflectance is simulated as a function of light incident angle using a two-level system model employing the path integral approach and is compared with the classical results. Also, quantitative absorption spectra of nanoparticles on a gold film are computed in the visible region using size-dependent dielectric constant of nanoparticles and Maxwell-Garnett effective medium theory. Exploiting these data, a hybridized model is extended to multi-quantum-state in order to describe the coupling between bulk plasmons of a gold film and localized surface plasmons of nanoparticles.

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