Концентрационная зависимость полосы плазмонного поверхностного резонанса поглощения наноструктур золота в углеродсодержащих матрицах

Экспериментально установлено, что для наноструктур Au–С₆₀ наблюдается подавление длинноволнового концентрационного сдвига максимума полосы плазмонного поверхностного резонанса поглощения. Проведено теоретическое моделирование спектральных характеристик углеродсодержащих наноструктур. Расчеты экстинкции для одной металлической наночастицы проводились с использованием теории Ми для поглощающих матриц. Коэффициент когерентного пропускания плотноупакованного монослоя плазмонных наночастиц вычислялся с использованием модифицированного для поглощающих матриц приближения однократного когерентного рассеяния. Тонкопленочные наноструктуры Au и Au–C₆₀ на подложках из стекла и кварца получали методом термического испарения и конденсации в вакууме при остаточном давлении воздуха 2·10^–3 Па. Поверхностная плотность Au в наноструктурах Au–C₆₀ изменялась в пределах (3,86–7,98)·10^–6 г·см^–2 . На основе сравнения теоретических и экспериментальных результатов сделан вывод об ослаблении коллективных латеральных электродинамических взаимодействий между наночастицами золота в фуллереновой матрице С₆₀, характеризующейся наличием поглощения.

1. Золотые наноструктуры с плазмонным резонансом для биомедицинских исследований/ Н. Г. Хлебцов [и др.] // Рос. нанотехнологии. - 2007. - т. 2, № 3/4. - С. 69-86.

2. Климов, В. В. Наноплазмоника / В. В. Климов. - М.: Физматлит, 2009. - 480 с.

3. Kreibig, U. Optical Properties of Metal Clusters / U. Kreibig, M. Volmer. - Berlin: Springer-Verlag, 1995 - 532 р. https://doi.org/10.1007/978-3-662-09109-8

4. Ponyavina, A. Plasmonic spectroscopy of densely packed and layered metallic nanostructures / A. Ponyavina, S. Kachan // Polarimetric Detection, Characterization, and Remote Sensing / eds.: M. Mishchenko, Ya. Yatskiv, V. Rozenbush, G. Videen. - Springer, 2011. - P. 383-408. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1636-0_15

5. Zamkovets, A. D. Concentration-related enhancement of the sensitivity of surface plasmon resonance of metallic nanoparticles to the characteristics of a dielectric environment / A. D. Zamkovets, S. M. Kachan, A. N. Ponyavina // J. Appl. Spectrosc. - 2008. - Vol. 75, № 4. - P. 588-592. https://doi.org/10.1007/s10812-008-9072-z

6. Khlebtsov, B. N. Collective Plasmon Resonances in Monolayers of Metal Nanoparticles and Nanoshells / B. N. Khlebtsov, V. A. Khanadeyev, N. G. Khlebtsov // Opt. Spectrosc. - 2008. - Vol. 104, №. 2. - P. 282-294. https://doi.org/10.1134/s0030400x08020239

7. Kachan, S. M. Spectral properties of close-packed monolayers consisted of metal nanospheres / S. M. Kachan, A. N. Ponyavina // J. Phys. Condens. Matter. - 2002. - Vol. 14, №. 1. - P. 103-111. https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/1/309

8. Lebedev, A. N. Optical extinction of an assembly of spherical particles in an absorbing medium: Application to silver clusters in absorbing organic materials / A. N. Lebedev, O. Stenzel // Eur. Phys. J. D. - 1999. - Vol. 7. - P. 83-88. https://doi.org/10.1007/s100530050351

9. Dynich, R. A. Local field enhancement around spherical nanoparticles in the absorbing medium / R. A. Dynich, A. N. Ponyavina, V. V. Filippov // J. Appl. Spectr. - 2009. - Vol. 76, №. 5. - P. 705-710. https://doi.org/10.1007/s10812-009-9248-1

10. Исимару, А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах: в 2 т. / А. Исимару. - М.: Мир, 1981. - т. 2.

11. Hong, K. M. Multiple scattering of electromagnetic waves by a crowded monolayer of spheres: application to migration imaging films / K. M. Hong // J. Opt. Soc. Am. - 1980. - Vol. 70, № 7. - P. 821-826. https://doi.org/10.1364/josa.70.000821

12. Понявина, А. Н. Когерентное отражение и пропускание плотноупакованных монослоев рассеивателей / А. Н. Понявина, Н. И. Сильванович // Журн. приклад. спектроскопии. - 1990. - т. 53, № 2. - С. 299-305.

13. Comparison of optical scattering experiments and the quasi-crystalline approximation for dense media / R. West [et al.] // J. Opt. Soc. Am. A. - 1994. - Vol. 11, № 6. - P. 1854-1858. https://doi.org/10.1364/josaa.11.001854

14. Loiko, V. A. Monolayers of discrete scatteres: comparison of the single scattering and quasi-crystalline approximation / V. A. Loiko, V. P. Dick, V. I. Molochko // J. Opt. Soc. Am. A. - 1998. - Vol. 15, № 9. - P. 2351-2354. https://doi.org/10.1364/josaa.15.002351

15. Miskevich, A. A. Two-dimensional planar photonic crystals: Calculation of coherent transmittance and reflectance at normal illumination under the quasicrystalline approximation / A. A. Miskevich, V. A. Loiko // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. - 2011. - Vol. 112, № 6. - P. 1082-1089. https://doi.org/ttps://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2010.11.019

16. Иванов, А. П. Распространение света в плотноупакованных дисперсных средах / А. П. Иванов, В. А. Лойко, В. П. Дик. - Минск: Наука и техника, 1988. - 191 с.

17. Dynich, R. A. Extraordinary transmission of thin metal films doped with densely-packed dielectric nanospheres / R. A. Dynich, A. N. Ponyavina // Physics, Chemistry and Applications of Nanostructures. - 2013. - P. 102-104. https://doi.org/10.1142/9789814460187_0024

18. Sudiarta, I. W. Mie-scattering formalism for spherical particles embedded in an absorbing medium / I. W. Sudiarta, P. Chylek // J. Opt. Soc. Am. A. - 2001. - Vol. 18, № 6. - P. 1275. https://doi.org/10.1364/josaa.18.001275

19. Johnson, P. Optical constants of the noble metals / P. Johnson, R. Christy // Phys. Rev. B. - 1972. - Vol. 6, № 12. - P. 4370-4379. https://doi.org/10.1103/physrevb.6.4370

20. Width of cluster plasmon resonances: Bulk dielectric functions and chemical interface damping / H. Hövel [et al.] // Phys. Rev. B. - 1993. - Vol. 48, № 24. - P. 18148-18154. https://doi.org/10.1103/physrevb.48.18178

21. Розенберг, Г. В. Оптика тонкослойных покрытий / Г. В. Розенберг. - М.: Физматгиз, 1958. - 570 с.