グリーン関数法に基づく局在電磁場及びポテンシャルエネルギー曲面の数値的研究

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金や銀などの貴金属ナノ粒子に適当な波長の光を照射すると, 表面プラズモン励起が生じて, 電場を回折限界よりも遙かに小さい領域に局在化させることが可能となる. 貴金属ナノ粒子を層状に周期配置した系でも, 各層の表面近傍に指数関数的に局在した電場が生じるが, 用いる金属の種類, 格子形状, 格子定数, 及び粒子サイズ等の制御によって, この表面電場はコントロール可能である. これらの自由度の最適化によって表面電場の著しい増強を実現することが, 我々の研究目的である. 我々は, この系における電場増強に関して最もシンプルだと思われる理論的アプローチを追究してきた。この系では構造体のサイズが対象となる電磁波の波長よりもかなり小さいので, 周波数依存性を持つ短距離散乱体として構造体を扱うことが可能となる. 量子論における正則化・繰込みの手法に基づいて, 電場の空間分布を与えるグリーン関数を正則化することにより, 構造体・電場結合の構造体サイズ依存性を理論に取り込んだ。さらに, 多重散乱効果を取り込むためにT行列を導入して, それを一位子, 単層, 多層系という各階層に対して求めた. これらにより, 共鳴体の集団における相乗効果を適切に評価しながら, ナノ粒子の配置を最適化することが可能となった. 実際, 強結合実現に向けて散乱体サイズやその周期的配置の最適化を行う際に, 層内での粒子配置の最適化(スペクトル分布の制御)と積層に関する最適化(スペクトルの重なりと相対位相の制御)を分離して行えることは, 我々のアプローチの最大の長所と言える。