3.2 Plasmon Enhanced Dye-Sensitized Solar Cells . . . . . . . . . . . . 128
3.2.1
Mechanism of Enhanced Dye Absorption . . . . . . . . . 129
3.2.2
Calculating Solar Enhancement . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.3 Enhancing the Solar Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
3.3.1
Metal Composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
3.3.2
Shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
3.3.3
Polarization-Independent Resonances . . . . . . . . . . . . 135
3.3.4
Dielectric Core—Metal Shell Particles . . . . . . . . . . . 138
3.3.5
Polarization-Dependent Resonances in Anisotropic
Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
3.3.6
Other Geometries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
3.4 Challenges and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
3.4.1
Ensembles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
3.4.2
Excited State Lifetime of Plasmons . . . . . . . . . . . . . 142
3.4.3
Metal Losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3.5 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4
Silicon Plasmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Ilya Goykhman, Boris Desiatov and Uriel Levy
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.2 Silicon Plasmonics Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.2.1
Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.2.2
Passive Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.2.3
Active Devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.3 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
5
Ultrafast Nonlinear Plasmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
Fabrice Vallée and Natalia Del Fatti
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.2 Dielectric Function of Metals and Metal Nanoparticles . . . . . . 169
5.3 Electron-Light Interaction and Electron Kinetics . . . . . . . . . . 172
5.3.1
Coherent Electron-Light Coupling . . . . . . . . . . . . . . 173
5.3.2
Ultrafast Electron Kinetics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.4 Time Dependent Metal Dielectric Function Change . . . . . . . . 183
5.4.1
Electronic Contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5.4.2
Lattice Contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
5.5 Ultrafast Nonlinear Optical Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
5.5.1
Metal Film. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
5.5.2
Single Plasmonic Nanoparticle . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
5.5.3
Plasmonic Material: Ensemble of Metal
Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
Contents
ix