Madelung Formalism for Electron Spill-Out in Nonlocal Nanoplasmonics.
Madelung Formalism for Electron Spill-Out in Nonlocal Nanoplasmonics.
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DOI：
10.1021/acs.jpcc.2c04828
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发表时间：
2022-09-01
影响因子：
3.7
通讯作者：
Navarro-Cia, Miguel
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Alves, Ruben A.;Pacheco-Pena, Victor;Navarro-Cia, Miguel
目前的多尺度等离子体系统提出了建模的挑战。经典宏观理论无法捕捉到这样的系统中的量子效应，而量子电动力学在实验相关系统的总尺寸下是不切实际的，因为相互作用的数量太大而无法一一解决。为了解决这一挑战，在本文中，我们建议使用的Madelung形式的流体动力学Drude模型，其中的量子效应电子溢出被纳入描述的金属-电介质界面使用超高斯函数。二维纳米等离子体楔的结果与文献中常用的线性化流体动力学Drude模型的非局部全波数值计算的结果相关，表现出良好的定性一致性。此外，一个保形变换的角度来解释定性的研究结果。这里描述的方法可以应用于理解，无论是在数值上和理论上，额外的量子效应，如电子溢出和非局域性，不能通过使用其他方法无缝地纳入模块化的内含物。
Current multiscale plasmonic systems pose a modeling challenge. Classical macroscopic theories fail to capture quantum effects in such systems, whereas quantum electrodynamics is impractical given the total size of the experimentally relevant systems, as the number of interactions is too large to be addressed one by one. To tackle the challenge, in this paper we propose to use the Madelung form of the hydrodynamic Drude model, in which the quantum effect electron spill-out is incorporated by describing the metal–dielectric interface using a super-Gaussian function. The results for a two-dimensional nanoplasmonic wedge are correlated to those from nonlocal full-wave numerical calculations based on a linearized hydrodynamic Drude model commonly employed in the literature, showing good qualitative agreement. Additionally, a conformal transformation perspective is provided to explain qualitatively the findings. The methodology described here may be applied to understand, both numerically and theoretically, the modular inclusions of additional quantum effects, such as electron spill-out and nonlocality, that cannot be incorporated seamlessly by using other approaches.
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