zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1414Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ НАНОСТРУКТУРSPECTROSCOPY OF NANOSTRUCTUREСпектральные и ближнеполевые характеристики рассеяния двухслойных металлосодержащих наночастиц в поглощающих матрицахSpectral and Near-Fields Scattering Characteristics of Two-Layered Metalline Nanoparticles into Absorbing MatrixesДыничР. А.DynichR. A.

Минск

Minsk

radynich@gmail.comПонявинаА. Н.PonyavinaA. N.

Минск

Minsk

Институт физики НАН БеларусиB.I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus202325112023905728737Copyright © Дынич Р.А., Понявина А.Н., 20232023Дынич Р.А., Понявина А.Н.Dynich R.A., Ponyavina A.N.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/1414

Теоретически изучено влияние структуры, размеров и состава двухслойных наночастиц c серебряной нанооболочкой при их размещении во фталоцианине меди на суммарный оптический отклик гибридного наноматериала. C применением расширенной теории Ми, учитывающей поглощение матрицы и внутренние размерные эффекты, исследованы характеристики полосы поверхностного плазмонного резонанса поглощения (ППРП) и ближнеполевого рассеяния для двухслойных плазмонных наносфер. Показано, что за счет изменения показателя преломления и объемной доли диэлектрического ядра в наночастицах с металлической нанооболочкой может осуществляться “подстройка” полосы ППРП к полосам экситонного поглощения органического компонента. В режиме сильной связи в видимой области спектра наблюдаются два приблизительно равных по интенсивности спектральных пика ослабления, чувствительных к изменению оптико-геометрических параметров системы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке наноструктурных функциональных элементов нанофотоники, фотовольтаики, сенсорики.

Influence of the structure, sizes and composition of two-layered nanoparticles with a silver nanoshell locating into a copper phthalocyanine films on the summary optical response of hybrid nanomaterial was studied theoretically. Investigation of the surface plasmon resonance absorption (SPRA) band and near-field scattering characteristics of two-layered plasmonic nanospheres was made with the use of the Mie theory taking into account matrix absorption and internal size effects. Is was shown that the SPRA band tuning to the exciton absorption bands of the organic matrix may be made by the fitting of reflection index and volume fraction of a dielectric core into metal nanoshells. In visible spectral range the existence of two attenuation peaks with comparable intensities which are sensitive to the changing of optico-geometrics system parameters was established when the strong coupling regime is realized. The results obtained may be used at the development of nanostructured functional elements of nanophotonics, photovoltaics and sensing.

металлосодержащие двухслойные наночастицыпоглощающая матрицагибридная наноструктураповерхностный плазмонный резонанс поглощенияхарактеристики рассеяния в ближней и дальней зонахmetalline two-layered nanoparticlesabsorbing matrixhybrid nanostructuresurface plasmon resonance of absorptioncharacteristics of scattering at near and far zonesРабота выполнена при частичной поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Ф20ЕА-006)ReferencesU. Kreibig, M. Volmer. Optical Properties of Metal Clusters, Berlin, Springer (1995)U. Kreibig, M. Volmer. Optical Properties of Metal Clusters, Berlin, Springer (1995)С. И. Лепешов, А. Е. Краснок, П. А. Белов, А. Е. Мирошниченко. УФН, 188, № 11 (2018) 1137—1154С. И. Лепешов, А. Е. Краснок, П. А. Белов, А. Е. Мирошниченко. УФН, 188, № 11 (2018) 1137—1154J. Hicks, A. Tejeda, A. Taleb-Ibrahimi, M. S. Nevius, F. Wang, K. Shepperd, J. Palmer, F. Bertran, P. Le Fèvre, J. Kunc, W. A. de Heer, C. Berger, E. H. Conrad. Nature Phys., 9, N 1 (2013) 49—54J. Hicks, A. Tejeda, A. Taleb-Ibrahimi, M. S. Nevius, F. Wang, K. Shepperd, J. Palmer, F. Bertran, P. Le Fèvre, J. Kunc, W. A. de Heer, C. Berger, E. H. Conrad. Nature Phys., 9, N 1 (2013) 49—54S. Gurung, A. Singh, R. Chari, J. Jayabalan. J. Appl. Phys., 124, N 20 (2018) 204305S. Gurung, A. Singh, R. Chari, J. Jayabalan. J. Appl. Phys., 124, N 20 (2018) 204305V. K. Narasimhan, T. M. Hymel, R. A. Lai, Yi Cui. ACS Nano, 9, N 11 (2015) 10590—10597V. K. Narasimhan, T. M. Hymel, R. A. Lai, Yi Cui. ACS Nano, 9, N 11 (2015) 10590—10597R. Jiang, B. Li, C. Fang, J. Wang. Adv. Mater., 26, N 31 (2014) 5274—5309R. Jiang, B. Li, C. Fang, J. Wang. Adv. Mater., 26, N 31 (2014) 5274—5309А. В. Поволоцкая, А. В. Поволоцкий, А. А. Маньшина. Успехи химии, 84, № 6 (2015) 579—600А. В. Поволоцкая, А. В. Поволоцкий, А. А. Маньшина. Успехи химии, 84, № 6 (2015) 579—600А. Д. Помогайло, А. С. Розенберг, И. Е. Уфлянд. Наночастицы металлов в полимерах, Москва, Химия (2000)А. Д. Помогайло, А. С. Розенберг, И. Е. Уфлянд. Наночастицы металлов в полимерах, Москва, Химия (2000)А. Д. Помогайло. Успехи химии, 69, № 1 (2000) 60—89А. Д. Помогайло. Успехи химии, 69, № 1 (2000) 60—89A. A. Toropov, T. V. Shubina. Plasmonic Effects in Metal-Semiconductor Nanostructures, Oxford, Oxford University Press (2015)A. A. Toropov, T. V. Shubina. Plasmonic Effects in Metal-Semiconductor Nanostructures, Oxford, Oxford University Press (2015)M. Haridas, L. N. Tripathi, J. K. Basu. Int. J. Nanoscience, 10, N 04n05 (2011) 623—627M. Haridas, L. N. Tripathi, J. K. Basu. Int. J. Nanoscience, 10, N 04n05 (2011) 623—627F. Giazotto, F. Taddei, M. Governale, R. Fazio, F. Beltram. New J. Phys., 9 (2007) 439F. Giazotto, F. Taddei, M. Governale, R. Fazio, F. Beltram. New J. Phys., 9 (2007) 439В. С. Лебедев, А. С. Медведев. Квант. электрон., 42, № 8 (2012) 701—713В. С. Лебедев, А. С. Медведев. Квант. электрон., 42, № 8 (2012) 701—713G. A. Wurtz, P. R. Evans, W. Hendren, R. Atkinson, W. Dickson, R. J. Pollard, A. V. Zayats, W. Harrison, C. Bower. Nano Lett., 7, N 5 (2007) 1297—1303G. A. Wurtz, P. R. Evans, W. Hendren, R. Atkinson, W. Dickson, R. J. Pollard, A. V. Zayats, W. Harrison, C. Bower. Nano Lett., 7, N 5 (2007) 1297—1303S. M. Kachan, A. N. Ponyavina. J. Mol. Struct., 563-564 (2001) 267—272S. M. Kachan, A. N. Ponyavina. J. Mol. Struct., 563-564 (2001) 267—272Г. П. Шевченко, А. Н. Понявина, С. М. Качан, З. М. Афанасьева, В. С. Гурин. Журн. прикл. спектр., 70, № 3 (2003) 405—412G. P. Shevchenko, A. N. Ponyavina, S. M. Kachan, Z. M. Afanas’eva, V. S. Gurin. J. Appl. Spectr., 70 (2003) 456—464]M. Quinten, J. Rostalski. Part. Part. Syst. Charact., 13 (1996) 89—96M. Quinten, J. Rostalski. Part. Part. Syst. Charact., 13 (1996) 89—96A. N. Lebedev, M. Gartz, U. Kreibig, O. Stenzel. Eur. Phys. J. D, 6 (1999) 365—373A. N. Lebedev, M. Gartz, U. Kreibig, O. Stenzel. Eur. Phys. J. D, 6 (1999) 365—373Q. Fu, W. Sun. Appl. Opt., 40, N 9 (2001) 1354—1361Q. Fu, W. Sun. Appl. Opt., 40, N 9 (2001) 1354—1361I. W. Sudiarta, P. Chylek. J. Opt. Soc. Am. A, 18, N 6 (2001) 1275—1278I. W. Sudiarta, P. Chylek. J. Opt. Soc. Am. A, 18, N 6 (2001) 1275—1278W. C. Mundy, J. A. Roux, A. M. Smith. J. Opt. Soc. Am., 64, N 12 (1974) 1593—1597W. C. Mundy, J. A. Roux, A. M. Smith. J. Opt. Soc. Am., 64, N 12 (1974) 1593—1597P. Chylek. J. Opt. Soc. Am., 67, N 4 (1977) 561—563P. Chylek. J. Opt. Soc. Am., 67, N 4 (1977) 561—563R. A. Dynich. J. Opt. Soc. Am. A, 28, N 2 (2011) 222—228R. A. Dynich. J. Opt. Soc. Am. A, 28, N 2 (2011) 222—228M. I. Mishchenko. Opt. Express, 15, N 20 (2007) 13188—13202M. I. Mishchenko. Opt. Express, 15, N 20 (2007) 13188—13202Р. А. Дынич, А. Н. Понявина, В. В. Филиппов. Журн. прикл. спектр., 76, № 5 (2009) 746—751R. A. Dynich, A. N. Ponyavina, V. V. Filippov. J. Appl. Spectr., 76 (2009) 705—710Р. А. Дынич, А. Н. Понявина, В. В. Филиппов. Опт. и спектр., 110, № 6 (2011) 909—915Р. А. Дынич, А. Н. Понявина, В. В. Филиппов. Опт. и спектр., 110, № 6 (2011) 909—915B. J. Messinger, K. U. von Raben, R. K. Chang, P. W. Barber. Phys. Rev. B, 24, N 2 (1981) 649—657B. J. Messinger, K. U. von Raben, R. K. Chang, P. W. Barber. Phys. Rev. B, 24, N 2 (1981) 649—657К. Борен, Д. Хафмен. Поглощение и рассеяние света малыми частицами, Москва, Мир (1986)К. Борен, Д. Хафмен. Поглощение и рассеяние света малыми частицами, Москва, Мир (1986)Р. А. Дынич, А. Н. Понявина. Опт. и спектр., 130, № 11 (2022) 1681—1690Р. А. Дынич, А. Н. Понявина. Опт. и спектр., 130, № 11 (2022) 1681—1690U. Kreibig, C. V. Fragstein. Z. Physik, 224 (1969) 307—323U. Kreibig, C. V. Fragstein. Z. Physik, 224 (1969) 307—323S. M. Kachan, A. N. Ponyavina. J. Phys.: Cond. Matter, 14 (2002) 103—111S. M. Kachan, A. N. Ponyavina. J. Phys.: Cond. Matter, 14 (2002) 103—111A. V. Uskov, I. E. Protsenko, N. A. Mortensen, E. P. O’Reilly. Plasmonics, 9, N 1 (2014) 185—192A. V. Uskov, I. E. Protsenko, N. A. Mortensen, E. P. O’Reilly. Plasmonics, 9, N 1 (2014) 185—192A. D. Kondorskiy, V. S. Lebedev. J. Russ. Laser Res., 42, N 6 (2021) 697—712A. D. Kondorskiy, V. S. Lebedev. J. Russ. Laser Res., 42, N 6 (2021) 697—712T. V. Teperik, V. V. Popov, F. J. Garcia de Abajo. Phys. Rev. B, 69 (2004) 155402T. V. Teperik, V. V. Popov, F. J. Garcia de Abajo. Phys. Rev. B, 69 (2004) 155402Б. Н. Хлебцов, В. А. Богатырев, Л. А. Дыкман, Н. Г. Хлебцов. Опт. и спектр., 102, № 2 (2007) 269—277Б. Н. Хлебцов, В. А. Богатырев, Л. А. Дыкман, Н. Г. Хлебцов. Опт. и спектр., 102, № 2 (2007) 269—277P. B. Johnson, R. W. Christy. Phys. Rev. B, 6, N 12 (1972) 4370—4379P. B. Johnson, R. W. Christy. Phys. Rev. B, 6, N 12 (1972) 4370—4379C. C. Leznoff, A. B. P. Lever. Phthalocyanines: Properties and Applications, New York, VCH, 4 (1996)C. C. Leznoff, A. B. P. Lever. Phthalocyanines: Properties and Applications, New York, VCH, 4 (1996)А. Н. Понявина, К. А. Барбарчук, А. Д. Замковец, С. А. Тихомиров. Докл. БГУИР, 19, N 8А. Н. Понявина, К. А. Барбарчук, А. Д. Замковец, С. А. Тихомиров. Докл. БГУИР, 19, N 8

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