Fowler–Nordheim Tunneling Induced Charge Transfer Plasmons between Nearly Touching Nanoparticles

量子隧道 等离子体子 材料科学 纳米颗粒 表面等离子体子 光电子学 激发态 纳米技术 电荷(物理) 扫描隧道显微镜 物理 原子物理学 量子力学
作者
Lin Wu,Huigao Duan,Ping Bai,Michel Bosman,Joel K. W. Yang,Er‐Ping Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:7 (1): 707-716 被引量:123
标识
DOI:10.1021/nn304970v
摘要

Reducing the gap between two metal nanoparticles down to atomic dimensions uncovers novel plasmon resonant modes. Of particular interest is a mode known as the charge transfer plasmon (CTP). This mode has been experimentally observed in touching nanoparticles, where charges can shuttle between the nanoparticles via a conductive path. However, the CTP mode for nearly touching nanoparticles has only been predicted theoretically to occur via direct tunneling when the gap is reduced to ∼0.4 nm. Because of challenges in fabricating and characterizing gaps at these dimensions, experiments have been unable to provide evidence for this plasmon mode that is supported by tunneling. In this work, we consider an alternative tunneling process, that is, the well-known Fowler–Nordheim (FN) tunneling that occurs at high electric fields, and apply it for the first time in the theoretical investigation of plasmon resonances between nearly touching nanoparticles. This new approach relaxes the requirements on gap dimensions, and intuitively suggests that with a sufficiently high-intensity irradiation, the CTP can be excited via FN tunneling for a range of subnanometer gaps. The unique feature of FN tunneling induced CTP is the ability to turn on and off the charge transfer by varying the intensity of an external light source, and this could inspire the development of novel quantum devices.

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