Резонансні оптичні явища в металевих гантелеподібних наночастинках
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.10.727Ключові слова:
гантелеподiбна наночастинка, тензори поляризовностi, пiдсилення полiв, добротностi, перерiзи поглинання, розсiювання та екстинкцiї, пiдхiд еквiвалентного сфероїда, ефективне аспектне вiдношення, поверхневий плазмонний резонансАнотація
В класичному наближеннi одержано вирази для дiагональних компонент тензора добротностi, пiдсилення локальних електричних полiв та поляризовностi, а також перерiзiв поглинання, розсiювання та екстинкцiї для металевих гантелеподiбних наночастинок. Для побудови аналiтичної теорiї використано пiдхiд еквiвалентного сфероїда. Наведено результати розрахункiв вказаних оптичних характеристик для гантелеподiбних наночастинок рiзних розмiрiв i рiзних матерiалiв. Проаналiзовано вплив змiни ефективного аспектного вiдношення на еволюцiю частотних залежностей дослiджуваних оптичних характеристик. Показано доцiльнiсть використання гантелеподiбних наночастинок iз малим аспектним вiдношенням в наномедицинi та в оптичних високодобротних резонаторах iз малим аспектним вiдношенням.
Посилання
1. T. Patil, R. Gambhir, A. Vibhute, A.P. Tiwari. Gold nanoparticles: synthesis methods, functionalization and biological applications. J. Cluster Sci. 34, 705 (2023).
https://doi.org/10.1007/s10876-022-02287-6
2. M.M. Ghobashy, S.A. Alkhursani, H.A. Alqahtani, T.K. El-damhougy, M. Madani. Gold nanoparticles in microelectronics advancements and biomedical applications. Mater. Sci. Eng. 301, 117191 (2024).
https://doi.org/10.1016/j.mseb.2024.117191
3. M.A. Morsi, A.H. Oraby, A.G. Elshahawy, R.M. Abd El-Hady. Preparation, structural analysis, morphological investigation and electrical properties of gold nanoparticles filled polyvinyl alcohol/carboxymethyl cellulose blend. J. Mater. Res. Technol. 8, 5996 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.09.074
4. J. Milan, K. Niemczyk, M. Kus-Li' skiewicz. Treasure on the Earth-gold nanoparticles and their biomedical applications. Materials 15, 3355 (2022).
https://doi.org/10.3390/ma15093355
5. X. Zhang. Gold nanoparticles: recent advances in the biomedical applications. Cell Biochem. Biophys. 72, 771 (2015).
https://doi.org/10.1007/s12013-015-0529-4
6. X. Li, Y. Zhang, G.K. Liu, Z. luo, L. Zhou, Y. Xue, M. Liu. Recent progress in the applications of gold-based nanoparticles towards tumor-targeted imaging and therapy. RSC Adv. 12, 7635 (2022).
https://doi.org/10.1039/D2RA00566B
7. J. Sun, Y. Lu, L. He, J. Pang, F. Yang, Y. Liu. Colorimetric sensor array based on gold nanoparticles: design principles and recent advances. Trends Anal. Chem. 122, 115754 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.trac.2019.115754
8. G. Liu, M. Lu, X. Huang, T. Li, D. Xu. Application of gold-nanoparticle colorimetric sensing to rapid food safety screening. Sensors 18, 4166 (2018).
https://doi.org/10.3390/s18124166
9. Y.-Y. Yu, S.-S. Chang, C.-L. Lee, C.R.C. Wang. Gold nanorods: electrochemical synthesis and optical properties. J. Phys. Chem. B 101, 6661 (1997).
https://doi.org/10.1021/jp971656q
10. M.-C. Daniel, D. Astruc. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chem. Rev. 104, 293 (2004).
https://doi.org/10.1021/cr030698+
11. B. Nikoobakht, M.A. El-Sayed. Surface-enhanced Raman scattering studies on aggregated gold nanorods. J. Phys. Chem. A 107, 3372 (2003).
https://doi.org/10.1021/jp026770+
12. P.M. Tomchuk, N.I. Grigorchuk. Shape and size effects on the energy absorption by small metallic particles. Phys. Rev. B 73, 155423 (2006).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.155423
13. N.I. Grigorchuk, P.M. Tomchuk. Force of optical radiation pressure on a spheroidal metallic nanoparticle near a plasmon resonance. Low Temp. Phys. 33, 851 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2746860
14. N.I. Grigorchuk, P.M. Tomchuk. Optical and transport properties of spheroidal metal nanoparticles with account for the surface effect. Phys. Rev. B 84, 085448 (2011).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.085448
15. 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
16. P.M. Tomchuk. Dependence of the light scattering crosssection by metal nanoparticles on their shape. Ukr. J. Phys. 57, 553 (2012).
17. 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
18. A.V. Korotun, Ya.V. Karandas, V.I. Reva. Analytic theory of plasmon effects in rod-like metal nanoparticles. The equivalent-spheroid model. Ukr. J. Phys. 67, 848 (2022).
19. A.V. Korotun. Plasmonic phenomena in biconical and bipyramidal metal nanoparticles. Ukr. J. Phys. 68, 697 (2023).
20. A.V. Korotun. More on the size effects on the spectral figure of merit and enhancement of the local fields in the neighborhood of biconical and bipyramidal metallic nanoparticles. Low Temp. Phys. 51, 133 (2025).
https://doi.org/10.1063/10.0034658
21. N.I. Pavlyshche, A.V. Korotun, V.P. Kurbatsky, V.I. Reva. Plasmon phenomena in metal-dielectric nanodiscs. An equivalent-spheroid approach. Ukr. J. Phys. 70, 263 (2025).
https://doi.org/10.15407/ujpe70.4.263
22. C.A. Foss Jr., G.L. Hornyak, J.A. Stockert, C.R. Martin. Optical properties of composite membranes containing arrays of nanoscopic gold cylinders. J. Phys. Chem. 96, 7497 (1992).
https://doi.org/10.1021/j100198a004
23. S.-S. Chang, C.-W. Shih, C.-D. Chen, W.-C. Lai, C.R.C. Wang. The shape transition of gold nanorods. Langmuir 15, 701 (1999).
https://doi.org/10.1021/la980929l
24. C.J. Murphy, T.K. Sau, A.M. Gole, C.J. Orendorff, J. Gao, L. Gou, S.E. Hunyadi, T. Li. Anisotropic metal nanoparticles: synthesis, assembly, and optical applications. J. Phys. Chem. B 109, 13857 (2005).
https://doi.org/10.1021/jp0516846
25. X. Xu, M.B. Cortie. Shape change and color gamut in gold nanorods, dumbbells, and dog bones. Adv. Funct. Mater. 16, 2170 (2006).
https://doi.org/10.1002/adfm.200500878
26. B. Saute, R. Narayanan. Solution-based direct readout surface enhanced Raman spectroscopic (SERS) detection of ultra-low levels of thiram with dogbone shaped gold nanoparticles. Analyst 136, 527 (2011).
https://doi.org/10.1039/C0AN00594K
27. H. Chen, L. Shao, Q. Li, J. Wang. Gold nanorods and their plasmonic properties. Chem. Soc. Rev. 42, 2679 (2013).
https://doi.org/10.1039/C2CS35367A
28. M. Grzelczak, A. S'anchez-Iglesias, B. Rodr'iguez-Gonz'alez, R. Alvarez-Puebla, J. P'erez-Juste, L.M. Liz-Marz'an. Influence of iodide ions on the growth of gold nanorods: Tuning tip curvature and surface plasmon resonance. Adv. Funct. Mater. 18, 3780 (2008).
https://doi.org/10.1002/adfm.200800706
29. P. Wang, M. Liu, G. Gao, S. Zhang, H. Shi, Z. Li, L. Zhang, Y. Fang. From gold nanorods to nanodumbbells: a different way to tailor surface plasmon resonances by a chemical route. J. Mater. Chem. 22, 24006 (2012).
https://doi.org/10.1039/c2jm33330a
30. D.A. Zweifel, A. Wei. Sulfide-arrested growth of gold nanorods. Chem. Mater. 17, 4256 (2005).
https://doi.org/10.1021/cm0506858
31. E. Carb'o-Argibay, B. Rodr'iguez-Gonz'alez, S. G'omez-Gra-˜na, A. Guerrero-Martinez, I. Pastoriza-Santos, J. P'erezJuste, L.M. Liz-Marz'an. The crystalline structure of gold nanorods revisited: Evidence for higher-index lateral facets. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 9397 (2010).
https://doi.org/10.1002/anie.201004910
32. H. Katz-Boon, C.J. Rossouw, M. Weyland, A.M. Funston, P. Mulvaney, J. Etheridge. Three-dimensional morphology and crystallography of gold nanorods. Nano Lett. 11, 273 (2011).
https://doi.org/10.1021/nl103726k
33. B. Rodr'iguez-Gonz'alez, F. Attouchi, M.F. Cardinal, V. Myroshnychenko, O. St'ephan, F.J. Garcia de Abajo, L.M. Liz-Marz'an, M. Kociak. Surface plasmon mapping of dumbbell-shaped gold nanorods: The effect of silver coating. Langmuir 28, 9063 (2012).
https://doi.org/10.1021/la300269n
34. M. Grzelczak, A. S'anchez-Iglesias, H.H. Mezerji, S. Bals, J. P'erez-Juste, L.M. Liz-Marz'an. Steric hindrance induces crosslike self-assembly of gold nanodumbbells. Nano Lett. 12, 4380 (2012).
https://doi.org/10.1021/nl3021957
35. M.F. Cardinal, B. Rodr'iguez-Gonz'alez, R.A. Alvarez-Puebla, J. P'erez-Juste, L.M. Liz-Marz'an. Modulation of localized surface plasmons and sers response in gold dumbbells through silver coating. J. Phys. Chem. C 114, 10417 (2010).
https://doi.org/10.1021/jp102519n
36. 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
37. N.L. Dmitruk, A.V. Goncharenko, E.F. Venger. Optics of Small Particles and Composite Media (Naukova Dumka, 2009) (in Ukrainian) [ISBN: 978-966-00-0948-8].
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}
