vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestifm-221Research ArticleФИЗИКАPHYSICSПЛАЗМОННЫЙ РЕЗОНАНС В ПЛАНАРНЫХ СЛОИСТЫХ НАНОСТРУКТУРАХ СЕРЕБРО-ФТАЛОЦИАНИН НИКЕЛЯ1PLASMON RESONANSE IN THE PLANAR LAYERED SILVER-NICKEL PHTHALOCYANINE NANOSTRUCTURESЗамковецА. В.ZamkovetsA. D.

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудниклаборатории физики инфракрасных лучей

Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior researcher of the Laboratory of Physics of Infrared Rays

a.zamkovets@dragon.bas-net.byПонявинаА. Н.PonyavinaA. N.

доктор физико-математических наук, доцент, главный научный сотрудниклаборатории физики инфракрасных лучей

D. Sc. (Physics and Mathematics), Assistant Professor, Chief researcher of the Laboratory of Physics of Infrared Rays

ponyavina@imaph.bas-net.byБаранЛ. В.BaranL. V.

кандидат физико-математических наук, заведующий сектором обслу-живания научных исследований на кафедре твердого тела

Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Department for Scientific-Research Service, Department of Physics of Solid States

brlv@mail.ruИнститут физики им. Б. И. Степанова Национальной академии наук БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный университетBelarusian State University2016200120170498105Copyright © Замковец А.В., Понявина А.Н., Баран Л.В., 20172017Замковец А.В., Понявина А.Н., Баран Л.В.Zamkovets A.D., Ponyavina A.N., Baran L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/221

Изучены спектральные свойства тонких пленок фталоцианина никеля (NiPc) и серебра (Ag), полученных термическим осаждением в вакууме на стеклянные и кварцевые подложки (П), а также планарных гибридных наноструктур, в которых нанометровые пленки органического полупроводника контактируют с островковыми структурами серебра. Исследованы две конфигурации планарных гибридных наноструктур – монослой наночастиц серебра под пленкой фталоцианина никеля (П/Ag/NiPc) и монослой наночастиц серебра над пленкой фталоцианина никеля(П/NiPc/Ag). Толщина пленок NiPc изменялась от 10 до 30 нм. Поверхностная плотность металла составляла ~ 2⋅10–6 г/см2.. С помощью сканирующего зондового микроскопа Solver P47-PRO в полуконтактном режиме изучена структура исследуемых наноструктур. Оптические спектры записывались на спектрофотометре Cary 500. Установлено, что присутствие наночастиц Ag наиболее значительно усиливает эффективное поглощение пленки NiPc толщиной ~ 10 нм в области электронных полос поглощения λ ~ 600–700 нм. Данный эффект проявляется за счет способности плазмонных наночастиц усиливать локальное поле вблизи своей поверхности на расстояниях, сравнимых с размерами наночастиц. Количественные оценки показали, что наличие наночастиц Ag приводит к увеличению оптической плотности на длине волны λ = 625 нм для наноструктур П/Ag/NiPc и П/NiPc/Ag соответственно на 25и 33 %. Предполагается, что зависимость величины эффективного поглощения пленки NiPc от конструкции гибридной системы может быть связана с особенностями формирования наноструктур в процессе термического осаждения.

Spectral properties of nickel phthalocyanine (NiPc) and silver (Ag) thin films, as well as of planar hybrid nanostructures composed of organic semiconductor nanometer films contacting with silver island structures were studied. All nanostructures were fabricated by thermal vacuum evaporation on glass and quartz substrates (S). Two configurations of planar hybrid nanostructures were investigated, in which the silver nanoparticle monolayer was placed under the NiPc film (S/Ag/NiPc) and over the NiPc film (S/NiPc/Ag). The NiPc film thickness was changed from 10 to 30 nm. The silver surface density was about 2⋅10-6 g/cm2. The surface structure of films was studied with the use of a scanning probe microscope “Solver P47 - PRO” in the semi-contact regime. Optical spectra were recorded by a spectrophotomer “Cary 500”. The most significant increasein the organic film absorption in a presence of Ag nanoparticles was observed for the NiPc film thickness of 10 nm over the spectral range of electronic absorption bands λ ~ 600–700 nm. The effect is due to the local field strengthening near the plasmonic nanoparticles surface for distances compared with nanoparticle sizes. Quantitative regards showed that for the nanostructures of S/Ag/NiPc and S/NiPc/Ag the existence of Ag nanoparticles leads to an increase in the optical density at the wavelength λ = 625 nm at 25 and 33 %, respectively. We suppose that the dependence of the NiPc film effective absorption on the hybrid nanostructure configuration may be related to the features of the nanostructure formation in the process of thermal evaporation.

наноструктураплазмонный резонансорганический полупроводникполоса поглощенияnanostructureplasmon resonanceorganic semiconductorabsorption bandReferencesLeznoff, C. C. Phthalocyanines: properties and applications / C. C. Leznoff, A. B. P. Lever. – Weinheim: VCH, 1996. – Vol. 4. – 536 p.Leznoff, C. C. Phthalocyanines: properties and applications / C. C. Leznoff, A. B. P. Lever. – Weinheim: VCH, 1996. – Vol. 4. – 536 p.Hohnholza, D. Applications of phthalocyanines in organic light emitting devices / D. Hohnholza, S. Steinbrecherb, M. Hanacka // J. Mol. Struct. – 2000. – Vol. 521. – P. 231–237.Hohnholza, D. Applications of phthalocyanines in organic light emitting devices / D. Hohnholza, S. Steinbrecherb, M. Hanacka // J. Mol. Struct. – 2000. – Vol. 521. – P. 231–237.Itoh Eiji. Photovoltaic Properties of Organic p-n Junction Devices Consisting of Phthalocyanine and n-Type Porphyrin Deposited on an n-Type TiO2 Layer / Itoh Eiji, Ohmori Yuji, Miyairi Keiichi //Japan. J. Appl. Phys. – 2004. – Vol. 43, no 2. – P. 817–821.Itoh Eiji. Photovoltaic Properties of Organic p-n Junction Devices Consisting of Phthalocyanine and n-Type Porphyrin Deposited on an n-Type TiO2 Layer / Itoh Eiji, Ohmori Yuji, Miyairi Keiichi //Japan. J. Appl. Phys. – 2004. – Vol. 43, no 2. – P. 817–821.Van Flassen, E. Explanation of the low oxigen sensitivity of thin film phthalocyanine gas sensors / E. Van Flassen, H. Kerp // Sens. Actuators B. – 2003. – Vol. 88. – P. 329–333.Van Flassen, E. Explanation of the low oxigen sensitivity of thin film phthalocyanine gas sensors / E. Van Flassen, H. Kerp // Sens. Actuators B. – 2003. – Vol. 88. – P. 329–333.Bohren, C. F. Absorption and Scattering of Light by Small Particles / C. F. Bohren, D. R. Huffman. – John Wiley&Sons, Inc., 1983. – 660 p.Bohren, C. F. Absorption and Scattering of Light by Small Particles / C. F. Bohren, D. R. Huffman. – John Wiley&Sons, Inc., 1983. – 660 p.Климов, В. В. Наноплазмоника / В. В. Климов. – М.: Физматлит, 2009. – 480 с.Klimov V.V. Nanoplasmonics. Мoscow, Fizmatlit, 2009. 480 p. (in Russian)Китайгородский, А. И. Молекулярные кристаллы / А. И. Китайгородский. – М.: Наука, 1971. – 424 с.Kitaygorodskiy A.I. Molecular kristalls. Мoscow, Nauka, 1971. 424 p. (in Russian)Thin and ultra-thin films of nickel phthalocyanine grown on highly oriented pyrolitic graphite: an XPS, UHV, and air tapping mode AFM study / L. Ottaviano [et al.] // Surf. Sci. – 1977. – Vol. 373. – P. 318–332.Ottaviano L., Di Nardo S., Lozzi L., Passacontando M., Picozzi P., Santuссi S. Thin and ultra-thin films of nickel phthalocyanine grown on highly oriented pyrolitic graphite: an XPS, UHV, and air tapping mode AFM study. Surface Science, 1977, vol. 373, no. 2–3, pp. 318–332. doi:10.1016/S0039-6028(96)01179-X.Поуп, М. Электронные процессы в органических кристаллах / М. Поуп, Ч. Свенберг. – М.: Мир, 1985. – Т. 2. – 168 с.Pope M., Swenberg Ch. Electronic Processes in Organic Crystals. NY, Clarendon Press, 1982.Electronic structure and spectrum third-order nonlinear optics of the metal phthalocyanines PcM (M= Zn, Ni, TiO) / W.-D. Cheng [et al.] // Phys. Rev. B. – 2001. – Vol. 64. – P. 125109–125109-11.Electronic structure and spectrum third-order nonlinear optics of the metal phthalocyanines PcM (M= Zn, Ni, TiO) / W.-D. Cheng [et al.] // Phys. Rev. B. – 2001. – Vol. 64. – P. 125109–125109-11.Johnson, P. Optical constants of the noble metals / P. Johnson, R. Christy // Phys. Rev. B. – 1972. – Vol. 6. – P. 4370–4379.Johnson, P. Optical constants of the noble metals / P. Johnson, R. Christy // Phys. Rev. B. – 1972. – Vol. 6. – P. 4370–4379.Width of cluster plasmon resonances: Bulk dielectric functions and chemical interface damping / H. Hovel [et al.] // Phys. Rev. B. – 1993. – Vol. 48. – P. 18148–18154.Width of cluster plasmon resonances: Bulk dielectric functions and chemical interface damping / H. Hovel [et al.] // Phys. Rev. B. – 1993. – Vol. 48. – P. 18148–18154.Zamkovets, A. D. Near-field effects on spectral properties of layered silver-copper phthalocyanine nanocomposites / A. D. Zamkovets, A. N. Ponyavina // J. Appl. Spectrosc. – 2013. – Vol. 79, N 6. – P. 908–913.Zamkovets, A. D. Near-field effects on spectral properties of layered silver-copper phthalocyanine nanocomposites / A. D. Zamkovets, A. N. Ponyavina // J. Appl. Spectrosc. – 2013. – Vol. 79, N 6. – P. 908–913.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.