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"10.29235/1561-2430-2020-56-4-470-479vestifm-555Research ArticleФИЗИКАPHYSICSСпектрально-кинетические свойства нестационарного поглощения гибридных наноструктур серебро–фталоцианин медиSpectral-kinetic properties of transient absorption of hybrid silver–copper phthalocyanine nanostructuresБарбарчикЕ. А.BarbarchykK. A.

Барбарчик Екатерина Александровна – младший научный сотрудник Центра фотоники атомных и молекулярных структур

пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск

Katsiaryna A. Barbarchyk – Junior Researcher of the Center of Photonics of Atoms and Molecules Structures

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

e.barbarchyk@ifanbel.bas-net.byБугановО. В.BuganovO. V.

Буганов Олег Васильевич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Центра фотоники атомных и молекулярных структур

пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск

Oleg V. Buganov – Ph. D. (Physics and Mathe- matics), Leading Researcher of the Center of Photonics of Atoms and Molecules Structures

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

o.buganov@ifanbel.bas-netЗамковецА. Д.ZamkovetsA. D.

Замковец Анатолий Дмитриевич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Центра фотоники атомных и молекулярных структур

пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск

Anatoly D. Zamkovets – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Researcher of the Center of Photonics of Atoms and Molecules Structures

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

a.zamkovets@dragon.bas-net.byТихомировС. А.TikhomirovS. A.

Тихомиров Сергей Александрович – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Центра фотоники атомных и молекулярных структур

пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск

Sergey A. Tikhomirov – Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Corresponding Memberof the National Academy of Sciences of Belarus, Scientific Head of the Center of Photonics of Atoms and Molecules Structures

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

s.tik@dragon.bas-net.byТипФан ВьетPhungViet Tiep

Фан Вьет Тип – кандидат физико-математических наук, руководитель исследовательской группы

10, Dao Str., Cong Vi, Da Dinh, Нanoi

Phung Viet Tiep – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Research Group

10, Dao Tan Str., Cong Vi, Da Dinh, Нanoi

МыньФам ХонPhamHong Minh

Фам Хон Мынь – кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией, заместитель директора центра квантовой оптики

10, Dao Str., Cong Vi, Da Dinh, Нanoi

Pham Hong Minh – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of Laboratory, Vice Director of Center for Quantum electronics

10, Dao Tan Str., Cong Vi, Da Dinh, Нanoi

phminh@iop.vast.ac.vnИнститут физики им. Б. И. Степанова Национальной академии наук БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут физики Вьетнамской академии наук и технологийInstitute of Physics, Vietnam Academy of Science and Technology202031122020564470–479Copyright © Барбарчик Е.А., Буганов О.В., Замковец А.Д., Тихомиров С.А., Тип Ф., Мынь Ф., 20202020Барбарчик Е.А., Буганов О.В., Замковец А.Д., Тихомиров С.А., Тип Ф., Мынь Ф.Barbarchyk K.A., Buganov O.V., Zamkovets A.D., Tikhomirov S.A., Phung V., Pham H.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/555

Представлены результаты исследования с фемтосекундным временным разрешением нестационарных спектров поглощения гибридных наноструктур на основе островковых пленок серебра и фталоцианина меди (CuPc). Установлено, что динамика нестационарных спектров поглощения гибридной системы (Ag–CuPc)6 Ag отражает существующее взаимное влияние плазмонной и органической подсистем на характеристики электронных состояний и спектрально-кинетические свойства друг друга. Время релаксации основной компоненты в кинетике релаксации наведенного поглощения на длине волны λ = 525 нм (τ ~ 15 пс), обусловленной синглет-триплетной релаксацией, для органической подсистемы CuPc суммарной толщиной l ~ 40 нм в гибридной структуре заметно короче времени релаксации (τ ~ 50 пс) аналогичной компоненты для чистой пленки фталоцианина меди такой же толщины. Предполагается, что присутствие наночастиц серебра в гибридной структуре (Ag–CuPc)6 Ag влияет на вероятность интеркомбинационных переходов в органической подсистеме, ускоряя переход молекул CuPc в долгоживущее триплетное состояние.

In this paper, we studied the dynamics of transient absorption spectra of a hybrid nanostructure (Ag–CuPc)6 Ag based on island silver films and copper phthalocyanine thin films, as well as individual structural units of this system, by femtosecond transient absorption spectroscopy. It is found that the effects observed for a hybrid nanostructure reflect the existing mutual influence of the plasmonic and organic subsystems on the spectral-kinetic characteristics of each other. The characteristic time of the main component of induced optical density kinetics at a wavelength λ = 525 nm (τ ~ 15 ps) that is caused by singlet-triplet relaxation of the excited electronic states of the organic subsystem of the hybrid structure is noticeably shorter than the relaxation time (τ ~ 50 ps) at the same wavelength for a pure copper phthalocyanine film of 40 nm thickness, just the same as the total thickness of the organic subsystem in the hybrid structure. It is assumed that the presence of silver nanoparticles in the hybrid structure (Ag–CuPc)6 Ag, affects the probability of intersystem conversion in the organic subsystem, accelerating the transition of CuPc molecules to a long-lived triplet state due to a strong local field near the surface of the plasmon particle. The triplet-triplet absorption spectrum of copper phthalocyanine in the spectral range 470–750 nm was obtained.

поверхностный плазмонный резонансгибридные наноструктурыфемтосекундная спектроскопиянестационарные спектры поглощенияsurface plasmon resonancehybrid nanostructuresfemtosecond spectroscopytransient absorption spectraReferencesLeznoff, C. C. Phthalocyanines: properties and applications / C. C. Leznoff, A. B. P. Lever. – Weinheim: VCH, 1996. – Vol. 4. – 536 p.Leznoff C. C., Lever A. B. P. Phthalocyanines: properties and applications. Vol. 4. Weinheim, VCH, 1996. 536 p.Hohnholz, D. Applications of phthalocyanines in organic light emitting devices / D. Hohnholz, S. Steinbrecherb, M. Hanack // J. Mol. Struct. – 2000. – Vol. 521, № 1/3. – P. 231–237. https://doi.org/10.1016/s0022-2860(99)00438-xHohnholz D., Steinbrecherb S., Hanack M. Applications of phthalocyanines in organic light emitting devices. Journal of Molecular Structure, 2000, vol. 521, no. 1–3, pp. 231–237. https://doi.org/10.1016/s0022-2860(99)00438-x4.2% efficient organic photovoltaic cells with low series resistances / J. Xue [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2004. – Vol. 84, № 16. – P. 3013–3015. https://doi.org/10.1063/1.1713036Xue J., Uchida S., Rand B. P., Forrest S. R. 4.2% efficient organic photovoltaic cells with low series resistances. Applied Physics Letters, 2004, vol. 84, no. 16, pp. 3013–3015.https://doi.org/10.1063/1.1713036Van Flassen, E. Explanation of the low oxigen sensitivity of thin film phthalocyanine gas sensors / E. Van Flassen, H. Kerp // Sens. Actuators B: Chemical. – 2003. – Vol. 88, № 3. – P. 329–333. https://doi.org/10.1016/s0925-4005(02)00379-9Van Flassen E., Kerp H. Explanation of the low oxigen sensitivity of thin film phthalocyanine gas sensors. Sensors and Actuators B: Chemical, 2003, vol. 88, no. 3, pp. 329–333. https://doi.org/10.1016/s0925-4005(02)00379-9Surface-enhanced non-linear Raman scattering at the single-molecule level / K. Kneipp [et al.] // Chem. Phys. – 1999. – Vol. 247, № 1. – P. 155–162. https://doi.org/10.1016/s0301-0104(99)00165-2Kneipp K., Kneipp H., Itzkan I., Dasari R. R., Feld M. S. Surface-enhanced non-linear Raman scattering at the singlemolecule level. Chemical Physics, 1999, vol. 247, no. 1, pp. 155–162. https://doi.org/10.1016/s0301-0104(99)00165-2Optimization of nanoparticle size for plasmonic enhancement of fluorescence / O. Stranik [et al.] // Plasmonics. – 2007. – Vol. 2, № 1. – P. 15–22. https://doi.org/10.1007/s11468-006-9020-9Stranik O., Nooney R., McDonagh C., MаcCraith B. D. Optimization of nanoparticle size for plasmonic enhancement of fluorescence. Plasmonics, 2007, vol. 2, no. 1, pp. 15–22. https://doi.org/10.1007/s11468-006-9020-9Замковец, А. Д. Влияние эффектов ближнего поля на спектральные свойства слоистых нанокомпозитов серебро-фталоцианин меди / А. Д. Замковец, А. Н. Понявина // Журн. приклад. спектроскопии. – 2012. – Т. 79, № 6. – C. 907–912.Zamkovets A. D., Ponyavina A. N. Near-field effects on spectral properties of layered silver–copper phthalocyanine nanocomposites. Journal of Applied Spectroscopy, 2012, vol. 79, no. 6, pp. 908–913. https://doi.org/10.1007/s10812-013-9693-8Plasmon-Related Modification of Spectral Kinetic Properties of Copper Phthalocyanine Thin Films in the Presence of Silver Nanoparticles / O. V. Buganov [et al.] // J. App. Spectrosc. – 2014. – Vol. 81, № 1. – P. 92–96. https://doi.org/10.1007/s10812-014-9892-yBuganov O. V., Zamkovets A. D., Ponyavina A. N., Tikhomirov S. A. Plasmon-Related Modification of Spectral Kinetic Properties of Copper Phthalocyanine Thin Films in the Presence of Silver Nanoparticles. Journal of Applied Spectroscopy, 2014, vol. 81, no. 1, pp. 92–96. https://doi.org/10.1007/s10812-014-9892-yCharge transfer process determines ultrafast excited state deactivation of thioflavin T in low-viscosity solvents / V. I. Stsiapura [et al.] // J. Phys. Chem. A. – 2010. – Vol. 114, № 32. – P. 8345−8350. https://doi.org/10.1021/jp105186zStsiapura V. I., Maskevich A. A., Tikhomirov S. A., Buganov O. V. Charge transfer process determines ultrafast excited state deactivation of thioflavin T in low-viscosity solvents. Journal of Physical Chemistry A, 2010, vol. 114, no. 32, pp. 8345−8350.https://doi.org/10.1021/jp105186zSergeeva, N. N. Photochemical Transformations Involving Porphyrins and Phthalocyanines / N. N. Sergeeva, M. O. Senge // CRC Handbook of Organic Photochemistry and Photobiology. – 2012 – P. 831–879. https://doi.org/10.1201/b12252-35Sergeeva N. N., Senge M. O. Photochemical Transformations Involving Porphyrins and Phthalocyanines. CRC Handbook of Organic Photochemistry and Photobiology, 2012, pp. 831–879. https://doi.org/10.1201/b12252-35Mack, J. Assignment of the optical spectra of metal phthalocyanines through spectral band deconvolution analysis and ZINDO calculations / J. Mack, M. J. Stillman // Coord. Chem. Rev. – 2001. – Vol. 219, № 221. – P. 993–1032. https://doi.org/10.1016/s0010-8545(01)00394-0Mack J., Stillman M. J. Assignment of the optical spectra of metal phthalocyanines through spectral band deconvolution analysis and ZINDO calculations. Coordination Chemistry Reviews, 2001, vol. 219, no. 221, pp. 993–1032. https://doi.org/10.1016/s0010-8545(01)00394-0Влияние структуры молекул фталоцианинов меди на характер их упорядочения в тонких пленках, спектры фотолюминесценции и поглощения / В. Л. Берковиц [и др.] // Физика твердого тела. – 2007. – Т. 49, № 2. – С. 262–266.Berkovits V. L., Ziminov A. V., Kazanskiœ A. G., Kolos’ko A. G., Ramsh S. M., Terukov E. I., Fenukhin A. V., Ulin V. P., Yurre T. A., Kleider J. P. Influence of the molecular structure of copper phthalocyanines on their ordering in thin films and photoluminescence and absorption spectra. Physics of the Solid State, 2007, vol. 49, no. 2, pp. 272–277. https://doi. org/10.1134/s1063783407020151Vincett, P. S. Phosphorescence and Fluorescence of Phthalocyanines / P. S. Vincett, E. M. Voigt, K. E. Rieckhoff // J. Chem. Phys. – 1971. –Vol. 55, № 8. – P. 4131–4140. https://doi.org/10.1063/1.1676714Vincett P. S., Voigt E. M., Rieckhoff K. E. Phosphorescence and Fluorescence of Phthalocyanines. The Journal of Chemical Physics, 1971, vol. 55, no. 8, pp. 4131–4140. https://doi.org/10.1063/1.1676714

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