zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1353Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ НАНОСТРУКТУРSPECTROSCOPY OF NANOSTRUCTUREПлазмонный резонанс переноса заряда в димере из наночастиц золота, соединенных углеродной нанотрубкойCharge Transfer Plasmon Resonance in a Dimer Consisting of Gold Nanoparticles Connected with a Carbon NanotubeМрочкоВ. Э.MrochkoV. E.

Минск

Minsk

valeriy.mrochko@gmail.comЗурИ. А.ZurI. A.

Минск

Minsk

ШубаМ. В.ShubaM. V.

Минск

Minsk

Институт ядерных проблем Белорусского государственного университетаInstitute for Nuclear Problems of the Belarusian State University202324082023904593598Copyright © Мрочко В.Э., Зур И.А., Шуба М.В., 20232023Мрочко В.Э., Зур И.А., Шуба М.В.Mrochko V.E., Zur I.A., Shuba M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1353

Численными методами решена задача рассеяния электромагнитного излучения дальнего инфракрасного диапазона на димере, состоящем из углеродной нанотрубки (УНТ), покрытой толстым слоем золота везде, кроме узкой центральной области. Нанотрубка в таком димере является низкопроводящим каналом, который замедляет перетекание зарядов между двумя частями высокопроводящего золотого покрытия. Благодаря этому в спектре сечения поглощения димера длиной 285 нм и поперечными размерами 20 нм на частоте 21 ТГц возникает плазмонный резонанс переноса заряда. Ширина резонанса определяется временем релаксации электронов в УНТ. Показано, что резонансная частота уменьшается, а сечение поглощения на резонансной частоте возрастает с увеличением поперечных и продольных размеров димера. Наличие контактного сопротивления между УНТ и слоем золота приводит к сдвигу резонансной частоты в низкочастотную область и уменьшению интенсивности пика поглощения. Возможность вариации проводимости УНТ посредством электростатического легирования позволяет использовать подобные димеры в качестве элементов для построения метаматериалов с управляемыми резонансными свойствами в дальнем инфракрасном диапазоне.

The scattering problem for dimer consisting of a carbon nanotube (CNT) coated with a thick gold layer everywhere except for a narrow central region is solved in the far infrared range by numerical methods. A nanotube in such a dimer is a low-conductive channel that slows down the flow of charges between two parts of the highly conductive gold coating. Charge transfer plasmon resonance arises at a frequency of 21 THz in the spectrum of the absorption cross section of a dimer with a length of 285 nm and a transverse size of 20 nm. The resonance width is determined mostly by the electron relaxation time in CNTs. It has been shown that the resonant frequency decreases and the absorption cross section at the resonant frequency increases with an increase in the transverse and longitudinal dimensions of the dimer. The presence of a contact resistance between the CNT and the gold layer leads to a shift of the resonant frequency to the low-frequency region and a decrease in the intensity of the absorption peak. The possibility of varying the CNT conductivity by means of electrostatic doping makes it possible to use such dimers as building blocks for metamaterials with controlled resonant properties in the far infrared range.

углеродная нанотрубкадимерплазмонный резонанссечение поглощениядальний инфракрасный диапазонcarbon nanotubedimerplasmon resonanceabsorption cross sectionfar infrared rangeАвторы благодарят доктора A. Башарина (Университет Восточной Финляндии) за предоставленную возможность проведения численных расчетов в программном пакете COMSOL Multiphysics в рамках проекта CHARTIST MSCA H2020.ReferencesT. Klar, M. Perner, S. Grosse, G. von Plessen, W. Spirkl, J. Feldmann. Phys. Rev. Lett., 80 (1998) 4249—4252[1] T. Klar, M. Perner, S. Grosse, G. von Plessen, W. Spirkl, J. Feldmann. Phys. Rev. Lett., 80 (1998) 4249—4252F. Wen, Y. Zhang, S. Gottheim, N. S. King, Y. Zhang, P. Nordlander, N. J. Halas. ACS Nanо, 9 (2015) 6428—6435[2] F. Wen, Y. Zhang, S. Gottheim, N. S. King, Y. Zhang, P. Nordlander, N. J. Halas. ACS Nanо, 9 (2015) 6428—6435O. Pérez-González, N. Zabala, A. G. Borisov, N. J. Halas, P. Nordlander, J. Aizpurua. Nano Lett., 10 (2010) 3090—3096[3] O. Pérez-González, N. Zabala, A. G. Borisov, N. J. Halas, P. Nordlander, J. Aizpurua. Nano Lett., 10 (2010) 3090—3096A. Ahmadivand, B. Gerislioglu, R. Sinha, M. Karabiyik, N. Pala. Sci. Rep., 16 (2016) 64—70[4] A. Ahmadivand, B. Gerislioglu, R. Sinha, M. Karabiyik, N. Pala. Sci. Rep., 16 (2016) 64—70A. Ahmadivand, B. Gerislioglu, Z. Ramezani. Nanoscale, 11 (2019) 8091—8095[5] A. Ahmadivand, B. Gerislioglu, Z. Ramezani. Nanoscale, 11 (2019) 8091—8095П. Н. Дьячков. Электронные свойства и применение нанотрубок, Москва, БИНОМ, Лаборатория знаний (2012)[6] П. Н. Дьячков. Электронные свойства и применение нанотрубок, Москва, БИНОМ, Лаборатория знаний (2012)G. Y. Slepyan, S. A. Maksimenko, A. Lakhtakia, O. Yevtushenko, A. V. Gusakov. Phys. Rev. B, 60, N 24 (1999) 17136—17149[7] G. Y. Slepyan, S. A. Maksimenko, A. Lakhtakia, O. Yevtushenko, A. V. Gusakov. Phys. Rev. B, 60, N 24 (1999) 17136—17149G. Y. Slepyan, M. V. Shuba, S. A. Maksimenko, A. Lakhtakia. Phys. Rev. B, 73 (2006) 195416[8] G. Y. Slepyan, M. V. Shuba, S. A. Maksimenko, A. Lakhtakia. Phys. Rev. B, 73 (2006) 195416G. Y. Slepyan, M. V. Shuba, S. A. Maksimenko, C. Thomsen, A. Lakhtakia. Phys. Rev. B, 81 (2010) 205423[9] G. Y. Slepyan, M. V. Shuba, S. A. Maksimenko, C. Thomsen, A. Lakhtakia. Phys. Rev. B, 81 (2010) 205423J. U. Lee, P. P. Gipp, C. M. Heller. Appl. Phys. Lett., 85 (2004) 145—147[10] J. U. Lee, P. P. Gipp, C. M. Heller. Appl. Phys. Lett., 85 (2004) 145—147

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