Затухание Ландау квантовых плазмонов в металлических наноструктурах

С использованием приближения случайных фаз в базисах, заданных как в реальном пространстве, так и дискретными электронно-дырочными (э–д) парами, исследовано уширение поверхностных плазмонов в металлических структурах пониженной размерности, где затухание Ландау является доминирующим каналом диссипации и представляет собой фундаментальное ограничение для плазмонных технологий. Показано, что для каждого из рассмотренных прототипных классов систем, включая нульмерные наносферы, одномерные коаксиальные нанотрубки и двумерные ультратонкие пленки, затухание Ландау может существенно регулироваться вследствие квантования энергий отдельных электронных уровней и электронно-дырочных пар. Как общий характер этой регулируемости, так и ее осциллирующая природа резко контрастируют с ожиданиями, основанными на полуклассической картине рассеяния на поверхности. Предложенный подход также позволяет наглядно проследить эволюцию плазмонов от квантового к классическому режиму и выяснить физическую природу уширения вследствие гибридизации близких по энергии плазмонных мод. Полученные результаты могут служить ориентиром для будущего проектирования плазмонных наноструктур с заданными функциональными свойствами.