Аномальный скин-эффект в металлических пленках

Сформулированы интегральные уравнения Фредгольма второго рода, описывающие аномальный скин-эффект в металлических пленках на диэлектрических подложках. Разработан алгоритм численного решения уравнений, основанный на методе квадратур. В результате его применения к обработке известных из литературы экспериментальных данных спектральной эллипсометрии пленок золота различной толщины на кремниевой подложке однозначно определены плотность, время релаксации электронов проводимости и диэлектрическая проницаемость золота. Отмеченная в ряде экспериментальных работ зависимость диэлектрической проницаемости пленок золота от их толщины объясняется использованием при решении обратных оптических задач модели нормального скин-эффекта Друде, не учитывающей возбуждение объемного заряда в пленке. Исследованы оптические поля в пленках золота при различных вероятностях зеркального отражения электронов от границ пленок. Установлено, что среди сенсоров биологических растворов с конфигурацией Кречмана предпочтительны структуры, в которых вероятность зеркального отражения электронов от границы раздела металлическая пленка–жидкость стремится к единице.

1. А.В. Соколов. Оптические свойства металлов, Москва, ГИФМЛ, Москва (1961)

2. H. Kangarlow, M. Aghgonbad. Opt. and Spectrosc., 115 , N 5 (2013) 753—757

3. E. T. Hu, Q. Y. Cai, R. J. Zhang, Y. F. Wei, W. C. Zhou, S. Y. Wang, Y. X. Zheng, W. Wei, L. Y. Chen. Opt. Lett., 41 , N 21 (2016) 4907—4910

4. D. I. Yakubovsky, A. V. Arsenin, Y. V. Stebunov, V. Y. Fedyanin, V. S. Volkov. Opt. Express, 25 , N 21 (2017) 25574—25587

5. J. Lin, H. Jiang, H. Gu, X. Chen, C. Zhang, G. Liao, S. Liu. Phys. Scripta, 94 , N 8 (2019) 085802(1—20)

6. В. П. Минкович, А. Б. Сотский, А. В. Шилов, Л. И. Сотская. Журн. прикл. спектр., 86 , № 1 (2019) 128—135 [V. P. Minkovich, A. B. Sotsky, A. V. Shilov, L. I. Sotskaya. J. Appl. Spectr., 86 (2019) 112—119]

7. G. E. H. Reuter, E. H. Sondheimer. Proc. R. Soc. Lond., 195 (1948) 336—364

8. E. H. Sondheimer. Adv. Phys., 1 , N 1 (1952) 1—42

9. K. L. Kliewer, R. Fuchs. Phys. Rew., 172 , N 3 (1968) 607—624

10. D. Iakushev, S. Lopez-Aguayo. JOSA B, 34 , N 11 (2017) 2421—2428

11. А. Б. Сотский, Е. А. Чудаков, Л. И. Сотская. Опт. и спектр., 129 , № 7 (2021) 889—898

12. H. E. Bennett, J. M. Bennett, E. J. Ashley, R. J. Motyka. Phys. Rev., 165 , N 3 (1968) 755—765

13. M. D. Tillin, J. R. Sambles. J. Modern Opt., 38 , N 4 (1991) 731—741

14. Ю. Б. Румер, М. Ш. Рывкин. Термодинамика, статистическая физика и кинетика, Москва, Наука (1972)

15. В. И. Крылов, В. В. Бобков, П. И. Монастырный . Вычислительные методы, Т. 2, Москва, Наука (1977)

16. E. D. Palik. Handbook of optical constants of solids, Washington, D.C., Naval Research Laboratory (1985)

17. M. H. H.Hasib, J. N. Nur, C. Rizal, K. N. Shushama. Cond. Matter, 4 , N 2 (2019) 49

18. А. Б. Сотский, L. M. Steingart, J. H. Jackson, П. Я. Чудаковский, Л. И. Сотская. ЖТФ, 83 , № 11 (2013) 105—115

19. G. M. Hale, M. R. Querry. Appl. Opt., 12 , N 3 (1973) 555—563

20. A. K. Sharma, B. D. Gupta. Opt. Commun., 245 , N 1-6 (2005) 159—169