Плазмонні явища в метал-діелектричних нанодисках. Підхід еквівалентного сфероїда
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.4.263Ключові слова:
метал-дiелектричний нанодиск, тензор поляризовностi, ефективнiсть екстинкцiї, швидкiсть релаксацiї, поверхневий плазмонний резонансАнотація
В рамках пiдходу еквiвалентного сфероїда отримано вирази для дiагональних компонент тензора поляризовностi та ефективностi екстинкцiї, а також розмiрних залежностей частот поздовжнього i поперечного поверхневого плазмонного резонансу для метал-дiелектричних нанодискiв. Наведено результати розрахункiв вказаних характеристик для дискiв рiзного розмiру. Проаналiзовано вплив матерiалiв осердя й оболонки та розмiрiв диска на положення та величину максимумiв ефективностi екстинкцiї. Визначено причину виявлення тiльки одного максимуму в спектрах екстинкцiї метал-дiелектричних нанодискiв.
Посилання
1. U. Kreibig, M. Vollmer Optical Properties of Metal Clusters (Springer, 1995).
https://doi.org/10.1007/978-3-662-09109-8
2. K.L. Kelly, E. Coronado, L.L. Zhao, G.C. Schatz. The Optical Properties of Metal Nanoparticles: The influence of size, shape, and dielectric environment. J. Phys. Chem. B 107, 668 (2003).
https://doi.org/10.1021/jp026731y
3. N.K. Grady, N.J. Halas, P. Nordlander. Influence of dielectric function properties on the optical response of plasmon resonant metallic nanoparticles. Chem. Phys. Lett. 399, 167 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.cplett.2004.09.154
4. N.I. Grigorchuk. Plasmon resonant light scattering on spheroidal metallic nanoparticle embedded in a dielectric matrix. Europhys. Lett. 97, 45001 (2012).
https://doi.org/10.1209/0295-5075/97/45001
5. P.M. Tomchuk. Dependence of the cross-section of light scattering by metal nanoparticles on their shape. Ukr. Fiz. Zh. 57, 553 (2012) (in Ukrainian).
6. M.L. Dmytruk, S.Z. Malynych. Surface plasmon resonances and their manifestation in the optical properties of nanostructures of noble metals. Ukr. Fiz. Zh. Oglyady 9, 3 (2014) (in Ukrainian).
7. A.O. Koval, A.V. Korotun, Yu.A. Kunitsky, V.A. Tatarenko, I.M. Titov. Electrodynamics of Plasmon Effects in Nanomaterials. (Naukova dumka 2021) (in Ukrainian).
8. S.R. Nicewarner-Pena, R. Griffith-Freeman, B.D. Reiss, L. He, D.J. Pena, I.D. Walton, R. Cromer, C.D. Keating, M.J. Natan. Submicrometer metallic barcodes. Science 294, 137 (2001).
https://doi.org/10.1126/science.294.5540.137
9. J.J. Mock, S.J. Oldenburg, D.R. Smith, D.A. Schultz, S. Schultz. Composite plasmon resonant nanowires. Nano Lett. 2, 465 (2002).
https://doi.org/10.1021/nl0255247
10. D.J. Wu, X.J. Liu, L.L. Liu, W.P. Qian. Third-order nonlinear optical properties of gold nanoshells in aqueous solution. Appl. Phys. A 92, 279 (2008).
https://doi.org/10.1007/s00339-008-4539-6
11. G.V.P. Kumar, S. Shruthi, B. Vibha, B.A.A. Reddy, T.K. Kundu, C. Narayana. Hot spots in Ag core - Au shell nanoparticles potent for surface-enhanced Raman scattering studies of biomolecules. J. Phys. Chem. C 111, 4388 (2007).
https://doi.org/10.1021/jp068253n
12. C. Charnay, A. Lee, S.Q. Man, C.E. Moran, C. Radloff, R.K. Bradley, N.J. Halas. Reduced symmetry metallodielectric nanoparticles: chemical synthesis and plasmonic properties. J. Phys. Chem. B 107, 7327 (2003).
https://doi.org/10.1021/jp034309r
13. A.V. Korotun, Ya.V. Karandas. Surface plasmons in a nanotube with a finite-thickness wall. Phys. Metals. Metallogr. 123, 7 (2022).
https://doi.org/10.1134/S0031918X22010070
14. J. Aizpurua, P. Hanarp, D.S. Sutherland, M. Kall, G.W. Bryant, F.J. Garcia de Abajo. Optical properties of gold nanorings. Phys. Rev. Lett. 90, 057401 (2003).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.057401
15. A.V. Korotun. Plasmonic phenomena in biconical and bipyramidal metal nanoparticles. Ukr. Fiz. Zh. 68, 697 (2023) (in Ukrainian).
16. K.H. Su, Q.H. Wei, X. Zhang. Tunable and augmented plasmon resonances of Au/SiO2/Au nanodisks. Appl. Phys. Lett. 88, 063118 (2006).
https://doi.org/10.1063/1.2172712
17. O. Niitsoo, A. Couzis. Facile synthesis of silver core - silica shell composite nanoparticles. J. Colloid Interf. Sci. 354, 887 (2011).
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2010.11.013
18. S. Tang, Y. Tang, S. Zhu, H. Lu, X. Meng. Synthesis and characterization of silica-silver core-shell composite particles with uniform thin silver layers. J. Solid State Chem. 180, 2871 (2007).
https://doi.org/10.1016/j.jssc.2007.08.022
19. S. Amoruso, R. Bruzzese, N. Spinelli, R. Velotta, M. Vitiello, X.Q. Wang, G. Ausanio, V. Iannotti, L. Lanotte. Generation of silicon nanoparticles via femtosecond laser ablation in vacuum. Appl. Phys. Lett. 84, 4502 (2004).
https://doi.org/10.1063/1.1757014
20. S.L. Zhu, L. Tang, Z.D. Cui, Q. Wei, X.J. Yang. Reparation of copper-coated β-SiC nanoparticles by electroless plating. Surf. Coat. Tech. 205, 2985 (2011).
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.11.010
21. A. Fojtik, M. Giersig, A. Henglein. Formation of nanometer-size silicon particles in a laser induced plasma in SiH4. Phys. Chem. 97, 1493 (1993).
https://doi.org/10.1002/bbpc.19930971112
22. H. Chen, Y. Xiao, L. Wang, Y. Yang. Silicon nanowires coated with copper layer as anode materials for lithiumion batteries. J. Pow. Sourc. 196, 6657 (2011).
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.12.075
23. L. Hu, G. Chen. Analysis of optical absorption in silicon nanowire arrays for photovoltaic applications. Nano Lett. 7, 3249 (2007).
https://doi.org/10.1021/nl071018b
24. S. Mohapatra, Y.K. Mishra, D.K. Avasthi, D. Kabiraj, J. Ghatak, S. Varma. Synthesis of gold-silicon core-shell nanoparticles with tunable localized surface plasmon resonance. Appl. Phys. Lett. 92, 103105 (2008).
https://doi.org/10.1063/1.2894187
25. N. Dai. Introduction to Nano Solar Cells (Jenny Stanford Publishing, 2024).
https://doi.org/10.1201/9781003131984
26. A. V. Krasavin, A. V. Zayats. Silicon-based plasmonic waveguides. Opt. Exp. 18, 11791 (2010).
https://doi.org/10.1364/OE.18.011791
27. N. O'Farrell, A. Houlton, B.R. Horrocks. Silicon nanoparticles: applications in cell biology and medicine. Int. J. Nanomed. 1, 451 (2006).
https://doi.org/10.2147/nano.2006.1.4.451
28. Y. Ale, N. Nainwal. Progress and challenges in the diagnosis and treatment of brain cancer using nanotechnology Molec. Pharmac. 20, 4893 (2023).
https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.3c00554
29. R. Bardhan, N.K. Grady, T. Ali, N.J. Halas. Metallic nanoshells with semiconductor cores: optical characteristics modified by core medium properties. ACS Nano 4, 6169 (2010).
https://doi.org/10.1021/nn102035q
30. J.C. Idrobo, A. Halabica, R.H. Magruder, III, R.F. Haglund, Jr., S.J. Pennycook, S.T. Pantelides. Universal optical response of Si-Si bonds and its evolution from nanoparticles to bulk crystals. Phys. Rev. B 79, 125322 (2009).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.125322
31. A.E. Miroshnichenko. Off-resonance field enhancement by spherical nanoshells. Phys. Rev. A 81, 053818 (2010).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.81.053818
32. A.B. Evlyukhin, C. Reinhardt, A. Seidel, B.S. Luk'yanchuk, B.N. Chichkov. Optical response features of Sinanoparticle arrays. Phys. Rev. B 82, 045404 (2010).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.045404
33. C. S¨onnichsen, T. Franzl, T. Wilk, G. von Plessen, J. Feldmann, O. Wilson, P. Mulvaney. Drastic reduction of plasmon damping in gold nanorods. Phys. Rev. Lett. 88, 077402 (2002).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.077402
34. P. Hanarp, M. K¨all, D.S. Sutherland. Optical properties of short range ordered arrays of nanometer gold disks prepared by colloidal lithography. J. Phys. Chem. B 107, 5768 (2003).
https://doi.org/10.1021/jp027562k
35. C. Langhammer, B. Kasemo, I. Zori'c. Absorption and scattering of light by Pt, Pd, Ag, and Au nanodisks: Absolute cross sections and branching ratios. J. Chem. Phys. 126, 194702 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2734550
36. A.V. Korotun, N.I. Pavlyshche. Cross-sections for absorption and scattering of electromagnetic radiation by ensembles of metal nanoparticles of different shapes. Phys. Met. Metallogr. 122, 941 (2021).
https://doi.org/10.1134/S0031918X21100057
37. A.V. Korotun, N.I. Pavlishche. Anisotropy of the optical properties of metal nanodisks. Opt. Spectrosc. 130, 269 (2022).
https://doi.org/10.1134/S0030400X22040075
38. D. Constantin. Why the aspect ratio? Shape equivalence for the extinction spectra of gold nanoparticles. Eur. Phys. J. E 38, 116 (2015).
https://doi.org/10.1140/epje/i2015-15116-2
39. A.V. Korotun, Ya.V. Karandas, V.I. Reva. Analytical theory of plasmon effects in rod-shaped metal nanoparticles. Model of effective spheroid Ukr. Fiz. Zh. 67, 848 (2022) (in Ukrainian).
https://doi.org/10.15407/ujpe67.12.849
40. A.V. Korotun, N.I. Pavlyshche. Optical absorption of a composite with randomly distributed metallic inclusions of various shapes. Funct. Mater. 29, 567 (2022).
https://doi.org/10.15407/fm29.04.567
41. S. Sun, I.L. Rasskazov, P.S. Carney, P.S. Zhang, A. Moroz. The critical role of shell in enhanced fluorescence of metaldielectric core-shell nanoparticles J. Phys. Chem. C 124, 13365 (2020).
https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c03415
42. L.B. Lerman. Onset of additional plasmon resonances in small sheathed particles. Poverkhnya 14, 91 (2008).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
