Поляризовність металевої напівсферичної наночастинки на діелектричній підкладинці
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe67.12.859Ключові слова:
металева пiвкуля, поляризовнiсть, поверхневий плазмонний резонанс, частота невидимостi, квадрупольне наближенняАнотація
За умови нормального падiння свiтла на дiелектричну пiдкладинку, у квадрупольному наближеннi визначено частотну залежнiсть дипольної поляризовностi металевої пiвкулi, розташованої на дiелектричнiй пiдкладинцi. Отримано спiввiдношення для ефективного часу релаксацiї, а також для частот невидимостi та поверхневого плазмонного резонансу. Дослiджено еволюцiю плазмонних резонансiв при змiнi радiусiв пiвкуль. Обговорюються причини появи двох резонансiв уявної частини поляризовностi та вiдмiнностей величини максимумiв уявної частини поляризовностi пiвкуль рiзних металiв. Пояснюється характер i положення резонансiв уявної частини поляризовностi для острiвцiв алюмiнiю. Наводяться рекомендацiї стосовно створення частотної смуги невидимостi поблизу металевого наноострiвця.
Посилання
U. Kreibig, M. Vollmer. Optical Properties of Metal Clusters (Springer, 1995) [ISBN: 978-0471524175].
https://doi.org/10.1007/978-3-662-09109-8
S.A. Maier. Plasmonics: Fundamentals and Applications (Springer, 2007) [ISBN: 978-0-387-37825-1].
https://doi.org/10.1007/0-387-37825-1
M.L. Brongersma, V.M. Shalaev. Applied physics. The case for plasmonics. Science 328, 440 (2010).
https://doi.org/10.1126/science.1186905
J.A. Schuller, E.S. Barnard, W. Cai, Y.Ch. Jun, J.S. White, M.L. Brongersma. Plasmonics for extreme light concentration and manipulation. Nat. Mater. 9, 193 (2010).
https://doi.org/10.1038/nmat2630
V.V. Klimov. Nanoplasmonics (CRC Press, 2014) [ISBN: 978-9814267168].
https://doi.org/10.1201/b15442
M.L. Dmytruk, S.Z. Malynych. Surface plasmon resonances and their manifestation in the optical properties of noblemetal nanostructures. Ukr. Fiz. Zh. Ogl. 9, 3 (2014) (in Ukrainian).
D.J. De Aberasturi, A.B. Serrano-Montes, L.M. Liz-Marz'an. Modern applications of plasmonic nanoparticles: from energy to health. Adv. Opt. Mater. 3, 602 (2015).
https://doi.org/10.1002/adom.201500053
Handbook of Surface Plasmon Resonance. Edited by R.B.M. Schasfoort (RSC Publishing, 2017) [ISBN: 978-1-78262-730-2].
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) [ISBN: 978-966-00-1761-0].
C.F. Bohren, D.R. Huffman. Absorption and Scattering of Light by Small Particles (Wiley, 1998) [ISBN: 9783527618156].
https://doi.org/10.1002/9783527618156
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.I. Grigorchuk, P.M. Tomchuk. Cross-sections of electric and magnetic light absorption by spherical metallic nanoparticles. The exact kinetic solution. Ukr. J. Phys. 51, 921 (2006).
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
V.A.G. Rivera, F.A. Ferri, E. Marega. Localized surface plasmon resonances: noble metal nanoparticle interaction with rare-earth ions. Plasm. Princ. App. 11, 283 (2012).
K.M. Mayer, J.H. Hafner. Localized surface plasmon resonance sensors. Chem. Rev. 111, 3828 (2011).
https://doi.org/10.1021/cr100313v
D. Dini, M.J.F. Calvete, M. Hanack. Nonlinear optical materials for the smart filtering of optical radiation. Chem. Rev. 116, 13043 (2016).
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00033
A.V. Korotun, A.O. Koval, A.A. Kryuchyn, V.M. Rubish, V.V. Petrov, I.M. Titov. Nanophotonic Technologies. Current State and Prospects (FOP Sabov A.M., 2019) (in Ukrainian).
D. Pineda-V'azquez, A.J. Polanco-Mendoza, G. MoralesLuna, A. Rodr'ıguez-G'omez, A. Reyes-Coronado, G. Pirruccio, A. Garc'ıa-Valenzuela, R.G. Barrera. Internal reflectance from a disordered monolayer of small gold nanoparticles on a glass substrate: Theory vs. experiment. Mater. Today Proc. 13, 404 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.03.173
T. Chung, Y. Lee, M.-S. Ahn, W. Lee, S.-In Bae, C. Hwang, K.-H. Jeong. Nanoislands as plasmonic materials. Nanoscale 11, 8651 (2019).
https://doi.org/10.1039/C8NR10539A
P.M. Tomchuk, V.N. Starkov. Electron-lattice energy exchange and hot electrons in metal island films. Ukr. J. Phys. 65, 973 (2020).
M. Held, O. Stenzel, S. Wilbrandt, N. Kaiser, A. Tunnermann. Manufacture and characterization of optical coatings with incorporated copper island films. Appl. Optics 51, 4436 (2012).
https://doi.org/10.1364/AO.51.004436
K. Aslan, S.N. Malyn, C.D. Geddes. Angular-dependent metal-enhanced fluorescence from silver island films. Chem. Phys. Lett. 453, 222 (2008).
https://doi.org/10.1016/j.cplett.2008.01.034
T.R. Jensen, R.P. Van Duyne, S.A. Johnson, V.A. Maroni. Surface-enhanced infrared spectroscopy: a comparison of metal island films with discrete and non-discrete surface plasmons. Appl. Spectrosc. 54, 371 (2000).
https://doi.org/10.1366/0003702001949654
P. Heger, O. Stenzel, N. Kaiser. Metal island films for optics. Proc. SPIE 5250, 21 (2004).
https://doi.org/10.1117/12.511795
M. Subr, M. Petr, O. Kylian, J. Kratochvil, J. Prochazka. Large-scale Ag nanoislands stabilized by a magnetronsputtered polytetrafluoroethylene film as substrates for highly sensitive and reproducible surface-enhanced Raman scattering (SERS). J. Mater. Chem. C 3, 11478 (2015).
https://doi.org/10.1039/C5TC02919H
M.A. Badshah, N.Y. Koh, A.W. Zia, N. Abbas, Z. Zahra, M.W. Saleem. Recent developments in plasmonic nanostructures for metal enhanced fluorescence-based biosensing. Nanomater. 10, 1749 (2020).
https://doi.org/10.3390/nano10091749
G. Min, Z. Qiming, L. Simone. Nanomaterials for optical data storage. Nat. Rev. Mater. 1, 16070 (2016).
https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.70
V.V. Petrov, A.A. Kryuchyn, V.M. Rubish, M.L. Trunov. Recording of micro/nanosized elements on thin films of glassy chalcogenide semiconductors by optical radiation. In: Chalcogenides - Preparation and Applications (IntechOpen, 2022), 176 p.
https://doi.org/10.5772/intechopen.102886
S. Malynych, G. Chumanov. Light-induced coherent interactions between silver nanoparticles in two-dimensional arrays. J. Am. Chem. Soc. 125, 2896 (2003).
https://doi.org/10.1021/ja029453p
M. Kang, J.J. Kim, Y.J. Oh, S.G. Park, K.H. Jeong. A deformable nanoplasmonic membrane reveals universal correlations between plasmon resonance and surface enhanced raman scattering. Adv. Mater. 26, 4510 (2014).
https://doi.org/10.1002/adma.201305950
P.M. Tomchuk, B.P. Tomchuk. Optical absorption by small metal particles. Zh. Eksp. Teor. Fiz. ' 112, 661 (1997) (in Russian).
R.D. Fedorovich, A.G. Naumovets, P.M. Tomchuk. Electron and light emission from island metal films and generation of hot electrons in nanoparticles. Phys. Rep. 328, 73 (2000).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(99)00094-0
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
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).
https://doi.org/10.1364/JOSAB.29.003404
N.I. Grigorchuk. Broadening of surface plasmon resonance line in spheroidal metallic nanoparticles. J. Phys. Stud. 20,
https://doi.org/10.30970/jps.20.1701
(2016).
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
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
A.V. Korotun, A.A. Koval', V.I. Reva, I.N. Titov. Optical absorption of a composite based on bimetallic nanoparticles. Classical approach. Phys. Met. Metallogr. 120 1040 (2019).
https://doi.org/10.1134/S0031918X19090059
A.V. Korotun, A.A. Koval'. Optical properties of spherical metal nanoparticles coated with an oxide layer. Opt. Spectrosc. 127 1161 (2019).
https://doi.org/10.1134/S0030400X19120117
V. Zhurikhina, P. Brunkov, V. Melehin, T. Kaplas, Y. Svirko, V. Rutckaia, A. Lipovskii. Self-assembled silver nanoislands formed on glass surface via out-diffusion for multiple usages in SERS applications. Nanoscale Res. Lett. 7, 676 (2012).
https://doi.org/10.1186/1556-276X-7-676
N.I. Grigorchuk, P.M. Tomchuk. Optical and transport properties of spheroidal metal nanoparticles with account for the surface effect. Phys. Rev. B 84(8), 085448 (2011).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.085448
A.D. Yaghjian. Electric dyadic Green's functions in the source region. Proc. IEEE 68, 248 (1980).
https://doi.org/10.1109/PROC.1980.11620
A.F. Nikiforov, V.B. Uvarov. Special Functions of Mathematical Physics: A Unified Introduction with Applications (Birkhauser, 2013).
A. Pinchuk, G. von Plessen, U. Kreibig. Influence of interband electronic transitions on the optical absorption in metallic nanoparticles. J. Phys. D 37, 3133 (2004).
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}
