Аналітична теорія плазмонних ефектів у стрижнеподібних металевих наночастинках. Модель еквівалентного сфероїда
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe67.12.849Ключові слова:
тензор поляризовностi, перерiзи поглинання та розсiювання, еквiвалентний витягнутий сфероїд, швидкiсть релаксацiї, плазмонний резонансАнотація
В рамках моделi еквiвалентного витягнутого сфероїда отримано аналiтичнi вирази для поляризовностей стрижнеподiбних металевих структур, що дозволило суттєво спростити розрахунки їх оптичних характеристик. Розраховано частотнi залежностi поперечної та поздовжньої компоненти тензора поляризовностi, а також перерiзiв поглинання i розсiювання для витягнутих сфероїдiв, цилiндрiв та сфероцилiндрiв. Проаналiзовано змiну положень максимумiв уявної частини компонентiв тензора поляризовностi, перерiзiв поглинання та розсiювання при змiнi розмiрiв, форми I матерiалу наночастинок. Встановлено, що положення поперечного поверхневого плазмонного резонансу в стрижнеподiбних наночастинках форм, що розглядаються, практично нечутливе до змiни величин пiвосей, у той час як збiльшення аспектного вiдношення приводить до “червоного” зсуву поздовжнього поверхневого плазмонного резонансу. Показано, що використання моделi еквiвалентного витягнутого сфероїда дає задовiльне узгодження мiж результатами розрахункiв та експериментальними даними для частот поздовжнього поверхневого плазмонного резонансу, не потребуючи застосування складних обчислювальних методiв.
Посилання
L. Novotny, B. Hecht. Principles of Nano-Optics, 2nd ed. (Cambridge University Press, 2012).
https://doi.org/10.1017/CBO9780511794193
J.W. Haus. Introduction to nanophotonics. In: Fundamentals and Applications of Nanophotonics (Woodhead Publishing, 2016), p. XXXX.
https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-464-2.00001-4
J. Yan, X. Liu, C. Ma, Y. Huang, G. Yang. All-dielectric materials and related nanophotonic applications. Mater. Sci. Eng. R Rep. 141, 100563 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.mser.2020.100563
M. Sun, H. Dong, A.W. Dougherty, Q. Lu, D. Peng, W.T. Wong, B. Huang, L.D. Sun, C.H. Yan. Nanophotonic energy storage in upconversion nanoparticles. Nano Energy 56, 473 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.11.086
J. Xavier, S. Vincent, F. Meder, F. Vollmer. Advances in optoplasmonic sensors - combining optical nano/microcavities and photonic crystals with plasmonic nanostructures and nanoparticles. Nanophotonics 7, 1 (2018).
https://doi.org/10.1515/nanoph-2017-0064
H. Zhao, L.K. Chin, Y. Shi, P.Y. Liu, Y. Zhang, H. Cai, E.P.H. Yap, W. Ser, A.Q. Liu. Continuous optical sorting of nanoscale biomolecules in integrated microfluidic-nanophotonic chips. Sens. Actuat. B Chem. 331, 129428 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.129428
F. Pisanello. Implantable micro and nanophotonic devices: toward a new generation of neural interfaces. Microelectron. Eng. 215, 110979 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.mee.2019.110979
E. Luan, H. Shoman, D.M. Ratner, K.C. Cheung, L. Chrostowski. Silicon photonic biosensors using label-free detection. Sensors 18, 3519 (2018).
https://doi.org/10.3390/s18103519
U. Kreibig, M. Vollmer. Optical Properties of Metal Clusters (Springer, 1995).
https://doi.org/10.1007/978-3-662-09109-8
S. Maier. Plasmonics: Fundamentals and Applications (Springer, 2007).
https://doi.org/10.1007/0-387-37825-1
K.C. Grabar, R.G. Freeman, M.B. Hommer, M.J. Natan. Preparation and characterization of Au colloid monolayers. Anal. Chem. 67, 735 (1995).
https://doi.org/10.1021/ac00100a008
J.C. Hulteen, R.P. Van Duyne. Nanosphere lithography: A materials general fabrication process for periodic particle array surfaces. J. Vac. Sci. Technol. A 13, 1553 (1995).
https://doi.org/10.1116/1.579726
V. Bastys, I. Pastoriza-Santos, B. Rodriguez-Gonzalez, R. Vaisnoras, L.M. Liz-Marzan. Formation of silver nanoprisms with surface plasmons at communication wavelengths. Adv. Funct. Mater. 16, 766 (2006).
https://doi.org/10.1002/adfm.200500667
B. Nikoobakht, M.A. El-Sayed. Preparation and growth mechanism of gold nanorods (NRs) using seed-mediated growth method. Chem. Mater. 15, 1957 (2003).
https://doi.org/10.1021/cm020732l
Y.G. Sun, Y.N. Xia. Shape-controlled synthesis of gold and silver nanoparticles. Science 298, 2176 (2002).
https://doi.org/10.1126/science.1077229
A.O. Koval, A.V. Korotun, Yu.A. Kunytskyi, V.A. Tatarenko, I.M. Titov. Electrodynamics of Plasmon Effects in Nanomaterials (Naukova Dumka, 2021) (in Ukrainian).
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
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
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
P.M. Tomchuk. Dependence of light scattering crosssection by metal nanoparticles on their shape. Ukr. J. Phys. 57, 553 (2012). doi???????
A.V. Korotun, A.A. Koval', I.N. Titov. Optical absorption of a composite based on bilayer metal-dielectric spherical nanoparticles. J. Appl. Spectrosc. 87, 240 (2020).
https://doi.org/10.1007/s10812-020-00991-7
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
C.F. Landes, S. Link, M.B. Mohamed, B. Nikoobakht, M.A. El-Sayed. Some properties of spherical and rodshaped semiconductor and metal nanocrystals. Pure Appl. Chem. 74, 1675 (2002).
https://doi.org/10.1351/pac200274091675
A.V. Korotun, Ya.V. Karandas, V.I. Reva, I.M. Titov. Polarizability of two-layer metal-oxide nanowires. Ukr. J. Phys. 66, 906 (2021).
https://doi.org/10.15407/ujpe66.10.908
J.M. McLellan, Zh.-Y. Li, A.R. Siekkinen, Y. Xia. The SERS activity of a supported Ag nanocube strongly depends on its orientation relative to laser polarization. Nano Lett. 7, 1013 (2007).
https://doi.org/10.1021/nl070157q
A.X. Wang, X. Kong. Review of recent progress of plasmonic materials and nano-structures for surface-enhanced raman scattering. Materials 8, 3024 (2015).
https://doi.org/10.3390/ma8063024
E.S. Kolosovas-Machuca, A. Cuadrado, H.J. Ojeda-Galvan, L.C. Ortiz-Dosal, A.C. Hernandez-Arteaga, M.d.C. Rodriguez-Aranda, H.R. Navarro-Contreras, J. Alda, F.J. Gonzalez. Detection of histamine dihydrochloride at low concentrations using Raman spectroscopy enhanced by gold nanostars colloids. Nanomaterials 9, 211 (2019).
https://doi.org/10.3390/nano9020211
A. Brioude, X.C. Jiang, M.P. Pileni. Optical properties of gold nanorods: DDA simulations supported by experiments. J. Phys. Chem. B 109, 13138 (2005).
https://doi.org/10.1021/jp0507288
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
S.W. Prescott, P. Mulvaney. Gold nanorod extinction spectra. J. Appl. Phys. 99, 123504 (2006).
https://doi.org/10.1063/1.2203212
C.L. Nehl, J.H. Hafner. Shape-dependent plasmon resonances of gold nanoparticles. J. Mater. Chem. 18, 2415 (2008).
https://doi.org/10.1039/b714950f
V. Myroshnychenko, J. Rodriguez-Fernandez, I. PastorizaSantos, A.M. Funston, C. Novo, P. Mulvaney, L.M. LizMarzan, F.J. Garcia de Abajo. Modelling the optical response of gold nanoparticles. Chem. Soc. Rev. 37, 1792 (2008).
https://doi.org/10.1039/b711486a
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
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
N.I. Grigorchuk. Radiative damping of surface plasmon resonance in spheroidal metallic nanoparticle embedded in a dielectric medium. J. Opt. Soc. Am. B 29, 3404 (2012).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
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}
