Electromagnetic point of view on the absorption of light by subwavelength thin films
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Notice bibliographique
Résumé
Light absorption by matter is a fundamental process at the heart of modern physics. With the advent of nanofabrication and two-dimensional materials, optical studies are increasingly performed on thin films whose thickness is smaller than the wavelength of light. Although these films can be composed of very diverse materials, their transmission, reflection, and absorption share the same electromagnetic framework when described classically by Maxwell’s equations, a dielectric tensor, and appropriate boundary conditions. Understanding absorption in thin films is therefore essential, as it manifests in all optical measurements made in this geometry. In this work, we clarify the physical origin of absorption in thin films and provide a unified description that bridges concepts traditionally treated separately across different scientific communities. Absorption in bulk materials is governed by resonances in the dielectric function, and the absorbed power scales with its imaginary part. This remains true for thin films when the electric field lies parallel to the interfaces. However, when the field is oriented perpendicular to the interfaces, absorption arises from an electric-field enhancement induced by the reduction of the real part of the dielectric function and the electromagnetic boundary conditions. Based on this mechanism, we derive simple expressions that accurately predict the spectral positions of the corresponding absorption peaks. We illustrate these concepts for both isotropic and uniaxially anisotropic materials— both relevant to many contemporary systems such as h-BN and transition-metal dichalcogenides. Our analysis offers an intuitive interpretation of effects that are often obscured in textbook formalisms and are named differently across fields (e.g., the Berreman effect, depolarization shift). We aim to provide a unified and simple physical understanding of absorption phenomena in thin films.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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