Поглинання енергії лазерного випромінювання металевими наночастинками в умовах поверхневого плазмонного резонансу

  • О. Ю. Семчук Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України
  • О. О. Гаврилюк Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0003-4487-0537
  • А. А. Білюк Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України
Ключові слова: лазерне випромінювання, частота, металеві наночастинки, плазмони, поверхневі плазмони, еліпсоїд, сфероїд, поглинання, поверхневий плазмонний резонанс, ширина лінії плазмонного резонансу

Анотація

            Характерною особливістю металевих наночастинок є залежність поглинання ними світла (лазерного випромінювання) від поляризації хвилі та форми частинок, особливо в ультрафіолетовому діапазоні частот. При одних і тих же умовах, потужність, що поглинається наночастинками, рівними за об’ємом але різними за формою може відрізнятися на кілька порядків. Окрім того в металевих наночастинках має місце поверхневий плазмони резонанс (ППР) – зростання перерізу поглинання енергії наночастинкою при наближенні частоти падаючого лазерного випромінювання до частоти ППР наночастинки. Проаналізовано умови виникнення поверхневого плазмону в моделі Друде-металу та поглинання лазерного випромінювання в металевих  наночастинках на частотах, близьких до ППР. Розглянуто наночастинки, лінійні розміри яких набагато менші, ніж довжина хвилі лазерного випромінювання . Показано, що в цьому випадку металева наночастинка знаходиться в просторово-однорідних, але осцилюючих за часом електричних та магнітних полях. Розраховано геометричні фактори для витягнутого та сплющеного сфероїдів. Показано, що форма сплющеного сфероїда змінюється від диску (е=1) до кулі (е=0), а витягнутого сфероїда – від голки (е=1) до кулі (е=0). Розглянуто залежність відношення між поперечною  та поздовжньою  компонентами ширини лінії ППР від відношення півосей сфероїда. Знайдено, що ширини ліній поглинання зовнішнього випромінювання на частотах ППР, окрім форми частинок, визначаються також діагональними компонентами тензора провідності наночастинки.

            Метою даної роботи є розгляд плазмонних коливань електронів в металевих наночастинках різної форми та визначення частот, на яких можливе виникнення резонансного поглинання енергії лазерного випромінювання та розрахунок ширини лінії плазмонного резонансу.

Посилання

Zamchiy A. O., Starinsky S. V., Safonov A. I., Buiko M. A., Baranov E. A. The effect of plasmon nanoparticles and gold films on the transmission spectra of thin films of silicon suboxide. Modern problems of science and education. 2014. 6. [In Russian].

Bethe, G., Sommerfeld, A. Electronic Theory of Metals. (Moscow - Leningrad:ONTI NKTP USSR, 1938). [in Russian].

Venher E. F., Goncharenko A. V., Dmitruk M. L. Optics of Small Particles and dispersion medium. (Kyiv: Naukova dumka, 1999). [in Ukrainian].

Vartanyan. T.A. Fundamentals of the physics of metallic nanostructures. Textbook, lecture course. (St. Petersburg: NRU ITMO, 2013). [in Russian].

Bohren C.F., Huffman D.R. Absorption and Scattering of Light by Small. (NY: Core Publ., John Wiley & Sons, 1984)

Landau L. D., Lifshitz E. M. Electrodynamics of Continuous Media. (Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1960).

Petrov Yu. I. Physics of Small Particles. (Nauka, Moscow, 1982). [in Russian].

P.M. Tomchuk, B.P. Tomchuk. Optical absorption by small metal particles. Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1997. 112(661). [in Russian].

Опубліковано
2019-10-30
Як цитувати
Семчук, О. Ю., Гаврилюк, О. О., & Білюк, А. А. (2019). Поглинання енергії лазерного випромінювання металевими наночастинками в умовах поверхневого плазмонного резонансу. Поверхня, (11(26), 496-507. https://doi.org/10.15407/Surface.2019.11.496
Розділ
Наноматеріали і нанотехнології