On the radiative and non-radiative contribution to the electromagnetic light scattering by magnetodielectric particles

Abstract

ABSTRACT: The angular spectrum representation of electromagnetic fields scattered by metallic particles much smaller than the incident wavelength was used to interpret and analyze the spectral response of localized surface plasmon resonances (LSPs) both in the near-field and far-zone regimes. The previously observed spectral redshift and broadening of the LSP peak, as one moves from the farzone to the near-field region of the scatterer, was analyzed on studying the role and contribution of the evanescent and propagating plane wave components of the emitted field. For such dipolar particles, it was found that the evanescent waves are responsible for those broadenings and shifts. Further, we proved that the shift is a universal phenomenon, and hence, it constitutes a general law, its value increasing as the imaginary part of the nanostructure permittivity grows. Following these lines, and because of the recent interest on the light scattering by magnetodielectric particles, the purpose of the work we propose is investigating the physical effects of the contribution of the evanescent channel to the electromagnetic behavior of the scattered fields in the near- and far-field regimes by these particles which in turn show coherent effects between the excited dipolar electric and magnetic modes. Our results should be of use for the prediction and interpretation of the spectral behavior in applications assisting surface-enhanced Raman spectroscopy or equivalent processes with the recent proposed configurations made of dielectric nanoantennas where ohmic losses are very low.

RESUMEN: La representación angular del campo electromagnético difundido por partículas metálicas de tamaño mucho menor que la longitud de onda del campo incidente ha sido usada para interpretar y analizar la respuesta espectral de las resonancias de plasmones superficiales localizados (LSPs), tanto en campo cercano como lejano. El corrimiento al rojo y el ensanchamiento de los picos de las resonancias de los LSP cuando pasamos del campo cercano al lejano ha sido analizado mediante el estudio de la contribución de las ondas evanescentes y propagantes al campo emitido. Para este tipo de partículas dipolares, se ha observado que las ondas evanescentes son las responsables del este corrimiento al rojo y ensanchamiento. Es más, se ha probado que este corrimiento es un fenómeno universal, y por lo tanto, sirve para enunciar una nueva ley general: este corrimiento es mayor cuanto más grande es la parte imaginaria de la permitividad eléctrica de la nanoestructura. A partir de esto, y teniendo en cuenta el interés reciente en la difusión de luz por partículas magnetodieléctricas, el propósito de este trabajo es la investigación del efecto de la contribución de las ondas evanescentes al comportamiento del campo difundido en campo cercano y lejano por este tipo de partículas, las cuales muestran efectos coherentes entre los modos dipolares eléctricos y magnéticos excitados. Los resultados obtenidos deben ser útiles para la predicción e interpretación del comportamiento espectral en aplicaciones como SERS o procesos equivalentes con configuraciones propuestas hechas de nano antenas dieléctricas donde las perdidas óhmicas son muy bajas.