Spaser instability in Gain-Assisted Silver Nanoshell

Abstract

Se realiza un estudio teórico del acople entre la resonancia plasmónica de un nano-cascarón de plata y la emisión de un material activo dentro del nano-cascarón bombeado externamente. Para estudiar los campos eléctrico y de densidad de polarización se utilizó la aproximación quasiestática (válido para partículas de radio menor a _ 15 [nm]). Con el formalismo de optical- Bloch se hizo la descripción de la interacción del momento dipolar de los elementos activos y el campo eléctrico externo, al igual que la inversión de población de los elementos activos. El problema electromagnético para el nanocascarón acoplado con la dinámica de elementos activos fue resuelto en varios regímenes dinámicos y de estado estable. Una inestabilidad tipo spaser se observó luego de una cantidad umbral de material activo ("00 h(!21) = 􀀀0:526) tanto con un campo eléctrico externo aplicado y sin él. Esta inestabilidad resultó en una amplificación extremadamente fuerte para el campo eléctrico fuera del nano-cacarón que decae con la distancia como r􀀀6. La marcada localización del campo fuera del nano-cascarón, y la naturaleza de la evolución temporal de la intensidad de amplificación y de la inversión de población justifican llamar a este efecto un spaser.