Nonlinear optics in metallic nanostructures via hydrodynamic drift-diffusion theory of electrons

通过电子流体动力学漂移扩散理论研究金属纳米结构中的非线性光学

• 批准号: 22K03488
• 负责人: 落合 哲行
• 金额: $ 2.25万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03488/
• 关键词: 非局所応答; 光整流; 非線形光学; 非エルミート; S行列; 金属ナノ構造; 流体力学; 光起電力; 第2高調波発生

本研究は、金属ナノ構造において、電子の流体力学描像により非局所応答を取り込んだ、2次の非線形光学効果の精密解析をおこなうことを目的としている。初年度は金属ナノ構造における、非局所応答による光整流を数値計算にのせるための技術的な問題にトラップされた。非局所応答をまともにとりこむと、非線形光学効果で生じる静電ポテンシャルに、電磁波の縦波と横波、トーマスフェルミ遮蔽の寄与が混じりあう。定式化においては、縦波、横波を区分けすることで、明瞭で解析的な光整流の表式が得られた。しかし、数値計算上は物理量を計算する際に現れる積分において、この混ざり合いのために被積分関数の特異性が強くなる。そのため、数値計算の収束性が改善せず、大幅に時間をとられた。ここの精度が出ないと、ポテンシャル分布、電流分布の空間 profile についても問題を引き起こす。来年度はこれらの問題を解決し、次のステップへと進みたい。一方、金属ナノ構造は光領域での吸収が顕著であり、非エルミート性が強くなる。この性質をつきつめて考えるため、複素周波数空間でもS行列を高精度に計算する方法を開発した。この方法では吸収と利得を平等に扱える。その副産物として、非エルミート表皮効果とレーザー発振の関連を明らかにした。またレーザー発振はそれほど構造の最適化をせずとも起こり得る。その時間反転プロセスを考えることにより、コヒーレント完全吸収を構造の最適化なしにデザインできることを示した。

This study は, metal ナ ノ tectonic に お い て, electronic の fluid mechanics stroke like に よ り the bureau 応 take a を り 込 ん だ once or twice の nonlinear optical unseen fruit の precision analytical を お こ な う こ と を purpose と し て い る. Early annual は metal ナ ノ tectonic に お け る, non bureau 応 answer に よ る optical rectification を the numerical computing に の せ る た め な の technology problem に ト ラ ッ プ さ れ た. The bureau 応 answer を ま と も に と り こ む と, nonlinear optical unseen fruit で じ る electrostatic ポ テ ン シ ャ ル に, electromagnetic の 縦 wave と shear waves, ト ー マ ス フ ェ ル ミ covered の send が mixed じ り あ う. Demean に お い て は, 縦 wave, shear wave を distinguish け す る こ と で, clear で parsing な optical rectification の table type が better ら れ た. し か し, the numerical calculation on は quantities を computing す る interstate に now れ る integral に お い て, こ の mixed ざ り close い の た め に be integral number of masato の strong specificity が く な る. Youdaoplaceholder0 そ ため, numerical calculation <s:1> development が improvement せず, significant に time をとられた. こ こ の precision が out な い と, ポ テ ン シ ャ ル の space distribution and current distribution profile に つ い て も problem を lead き up こ す. In the coming year, the を みた れら れら <s:1> problems を will be solved を, and in the next year, the <s:1> ステップへと will proceed to みた れら. On the one hand, the metal ナノ structure in the <s:1> light field で ナノ adsorbs が顕 であ, and the non-エ ト <s:1> <s:1> ト ト has a が strong くなる property. こ の nature を つ き つ め て exam え る た め, complex element cycle for space で も S procession を high-precision に computing す る method を open 発 し た. The <s:1> <s:1> method で で absorption と gains を equality に handling える. そ の by-products と し て, non エ ル ミ ー ト epidermis unseen fruit と レ ー ザ ー 発 vibration の masato even を Ming ら か に し た. Youdaoplaceholder0 またレ ザ またレ vibration ザ それほ それほ <s:1> construction <s:1> optimizations をせずと hos from それほ る. そ の time against planning プ ロ セ ス を exam え る こ と に よ り, コ ヒ ー レ ン ト completely 収 の を structure optimization な し に デ ザ イ ン で き る こ と を shown し た.

项目成果

Spin-momentum locking in optical rectification

光学校正中的自旋动量锁定

• DOI: 10.1103/physreva.106.023521
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review A
• 影响因子: 2.9
• 作者: Moroshkin P.;Plumitallo J.;Ochiai T.;Osgood R.;Xu J. M.
• 通讯作者: Xu J. M.

Lasing, anti-lasing, and non-Hermitian skin effect

激光、反激光和非厄米集肤效应

• 发表时间: 2023
• 作者: Shunpei Iwasaki;Koki Manabe;and Yoji Ohashi;T. Ochiai
• 通讯作者: T. Ochiai

非エルミート表皮効果とレーザー発振

非厄米集肤效应和激光振荡

• 发表时间: 2023
• 作者: Shunpei Iwasaki;Koki Manabe;and Yoji Ohashi;T. Ochiai;落合哲行
• 通讯作者: 落合哲行