"Probing the ultimate limits of plasmonic enhancement". C. Ciraci, R. T. Hill, J. J. Mock, Y. Urzhumov, A. I. Fernández-Domínguez, S. A. Maier, J. B. Pendry, A. Chilkoti, D. R. Smith. SCIENCE 337, 1072 (2012). DOI: 10.1126/science.1224823
Metals support surface plasmons at optical wavelengths and have the ability to localize light to subwavelength regions. The field enhancements that occur in these regions set the ultimate limitations on a wide range of nonlinear and quantum optical phenomena. We found that the dominant limiting factor is not the resistive loss of the metal, but rather the intrinsic nonlocality of its dielectric response. A semiclassical model of the electronic response of a metal places strict bounds on the ultimate field enhancement. To demonstrate the accuracy of this model, we studied optical scattering from gold nanoparticles spaced a few angstroms from a gold film. The bounds derived from the models and experiments impose limitations on all nanophotonic systems.
Los metales presentan plasmones de superficie a longitudes de onda ópticas y tienen la capacidad de localizar luz en regiones inferiores a la longitud de onda de la luz. Los incrementos del campo que ocurren en estas regiones establecen las máximas limitaciones en todo el amplio conjunto de fenómenos ópticos cuánticos y no lineales. Se encontró que las pérdidas resistivas de los metales no son el principal factor limitante, sino que más bien lo es la no localidad intrínseca de su respuesta dieléctrica. Se establecieron límites estrictos al máximo aumento del campo a partir de modelo semiclásico para la respuesta electrónica de un metal. Para demostrar la exactitud del modelo, se estudió el esparcimiento óptico de nanopartículas de oro separadas algunos angstroms respecto de una película de oro. Los límites deducidos a partir de los modelos y los experimentos imponen limitaciones a todos los sistemas nanofotónicos.
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