zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1468Research ArticleЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯLUMINESCENCEЛюминесценция молекул красителя в полимерных пленках с плазмонными наночастицамиLuminescence of Dye Molecules in Polymer Films with Plasmon NanoparticlesЧмереваТ. М.ChmerevaT. M.

Оренбург

clibph@yandex.ru 

Orenburg

chmereva@yandex.ruКучеренкоМ. Г.KucherenkoM. G.

Оренбург

Orenburg

МушинФ. Ю.MushinF. Yu.

Оренбург

Orenburg

РусиновА. П.RusinovA. P.

Оренбург

Orenburg

Оренбургский государственный университетOrenburg State University202407022024911514Copyright © Чмерева Т.М., Кучеренко М.Г., Мушин Ф.Ю., Русинов А.П., 20242024Чмерева Т.М., Кучеренко М.Г., Мушин Ф.Ю., Русинов А.П.Chmereva T.M., Kucherenko M.G., Mushin F.Y., Rusinov A.P.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/1468

Теоретически и экспериментально исследовано влияние плазмонных наночастиц (НЧ) на интенсивность флуоресценции и фосфоресценции молекул органического красителя. Для расчета интенсивности люминесценции молекулы в присутствии плазмонной НЧ предложена теоретическая модель, учитывающая безызлучательный перенос энергии возбуждения от молекулы к НЧ и изменение скоростей спонтанного излучения и поглощения света молекулой вблизи НЧ. Оценки, выполненные для молекулы эритрозина и НЧ серебра, показывают, что наибольшее усиление люминесценции наблюдается при расстояниях 4—8 нм между молекулой и поверхностью НЧ. Изменения спектров люминесценции и сокращение времени жизни триплетного состояния эритрозина в пленках поливинилового спирта, допированных НЧ серебра, объясняются на основе предложенной модели.

The effect of plasmon nanoparticles (NPs) on the fluorescence and phosphorescence intensity of organic dye molecules has been studied theoretically and experimentally. To calculate the luminescence intensity of a molecule in the presence of a plasmonic NP, a theoretical model is proposed that takes into account the nonradiative transfer of excitation energy from the molecule to the NP and the change in the rates of spontaneous emission of the molecule and light absorption by the molecule near the NP. Numerical estimations performed for the erythrosine molecule and the silver NP showed that the greatest increase in luminescence is observed at distances of 4-8 nm between the molecule and the NP surface. The changes in the luminescence spectra and the shortening of the lifetime of the erythrosine triplet state in polyvinyl alcohol films doped with silver NPs observed in the experiment are explained on the basis of the proposed model.

плазмонная наночастицалокализованный плазмонмолекула люминофорафлуоресценцияфосфоресценцияplasmonic nanoparticlelocalized plasmonluminophore moleculefluorescencephosphorescenceРабота выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FSGU-2023-0003).ReferencesM. Bauch, K. Toma, M. Toma, Q. Zhang, J. Dostalek. Plasmonics, 9 (2014) 781-799, doi: 10.1007/s11468-013-9660-5[1] M. Bauch, K. Toma, M. Toma, Q. Zhang, J. Dostalek. Plasmonics, 9 (2014) 781-799, doi: 10.1007/s11468-013-9660-5P. Gu, D. J. S. Birch, Y. Chen. Methods Appl. Fluoresс., 2 (2014) 024004, doi: 10.1088/2050-6120/2/2/024004[2] P. Gu, D. J. S. Birch, Y. Chen. Methods Appl. Fluoresс., 2 (2014) 024004, doi: 10.1088/2050-6120/2/2/024004Y. Wang, T. Ding. Nanoscale, 11 (2019) 10589-10590, doi: 10.1039/C9NR03725J[3] Y. Wang, T. Ding. Nanoscale, 11 (2019) 10589-10590, doi: 10.1039/C9NR03725JК. И. Князев, Р. Е. Якуненков, Н. А. Зулина, М. И. Фокина, Р. Д. Набиуллина, Н. А. Торопов. Опт. и спектр., 125, № 4 (2018) 556-559, doi: 10.21883/OS.2018.10.46711.187-18[4] K. I. Kniazev, R. E. Yakunenkov, N. A. Zulina, M. I. Fokina, R. D. Nabiullina, N. A. Toropov. Opt. Spectrosc., 125 (2018) 578-581, doi: 10.1134/S0030400X18100090S. Murai, S. Oka, S. I. Azzam, A. V. Kildishev, S. Ishii, K. Tanaka. Opt. Express, 27, N 4 (2019) 5083-5096, doi: 10.1364/OE.27.005083[5] S. Murai, S. Oka, S. I. Azzam, A. V. Kildishev, S. Ishii, K. Tanaka. Opt. Express, 27, N 4 (2019) 5083-5096, doi: 10.1364/OE.27.005083А. Н. Камалиева, Н. А. Торопов, К. В. Богданов, Т. А. Вартанян. Опт. и спектр., 124, № 3 (2018) 324-327, doi: 10.21883/OS.2018.03.45652.248-17[6] А. Н. Камалиева, Н. А. Торопов, К. В. Богданов, Т. А. Вартанян. Опт. и спектр., 124, № 3 (2018) 324-327, doi: 10.21883/OS.2018.03.45652.248-17[A. N. Kamalieva, N. A. Toropov, K. V. Bogdanov, T. A. Vartanyan. Opt. Spectrosc., 124 (2018) 319-322, doi: 10.1134/S0030400X18030153][A. N. Kamalieva, N. A. Toropov, K. V. Bogdanov, T. A. Vartanyan. Opt. Spectrosc., 124 (2018) 319-322, doi: 10.1134/S0030400X18030153]Y. Bian, S. Liu, Y. Zhang, Y. Lui, X. Yang, S. Lou, E. Wu, B.Wu, X. Zhang, Q. Jin. Nanoscale Res. Lett., 16 (2021) 90, doi: 10.1186/s11671-021-03546-7[7] Y. Bian, S. Liu, Y. Zhang, Y. Lui, X. Yang, S. Lou, E. Wu, B.Wu, X. Zhang, Q. Jin. Nanoscale Res. Lett., 16 (2021) 90, doi: 10.1186/s11671-021-03546-7D. Temirbayeva, N. Ibrayev, M. Kucherenko. J. Lumin., 243 (2022) 118642, doi: 10.1016/j.jlumin.2021.118642[8] D. Temirbayeva, N. Ibrayev, M. Kucherenko. J. Lumin., 243 (2022) 118642, doi: 10.1016/j.jlumin.2021.118642T. Ribeiro, C. Baleizão, J. P. S. Farinha. Sci. Rep., 7 (2017) 2440, doi: 10.1038/s41598-017-02678-0[9] T. Ribeiro, C. Baleizão, J. P. S. Farinha. Sci. Rep., 7 (2017) 2440, doi: 10.1038/s41598-017-02678-0В. В. Климов. УФН, 173, № 9 (2003) 1008-1013[10] В. В. Климов. УФН, 173, № 9 (2003) 1008-1013 [V. V. Klimov. Phys. Usp., 46, N 9 (2003) 979-984, doi: 10.1070/PU2003v046n09ABEH001657]V. V. Klimov, V. S. Letokhov. Laser Phys., 15 (2005) 61-73[11] V. V. Klimov, V. S. Letokhov. Laser Phys., 15 (2005) 61-73D. V. Guzatov, S. V. Vaschenko, V. V. Stankevich, A. Ya. Lunevich, Yu. F. Glukhov, S. V. Gaponenko. J. Phys. Chem. C, 116 (2012) 10723-10733, doi: 10.1021/jp301598w[12] D. V. Guzatov, S. V. Vaschenko, V. V. Stankevich, A. Ya. Lunevich, Yu. F. Glukhov, S. V. Gaponenko. J. Phys. Chem. C, 116 (2012) 10723-10733, doi: 10.1021/jp301598wМ. Г. Кучеренко, В. М. Налбандян, Т. М. Чмерева. Опт. журн., 88, № 9 (2021) 9-19, doi: 10.17586/1023-5086-2021-88-09-09-19[13] M. G. Kucherenko, V. M. Nalbandyan, T. M. Chmereva. J. Opt. Technol., 88, N 9 (2021) 489-498, doi: 10.1364/JOT.88.000489М. Г. Кучеренко, В. М. Налбандян, Т. М. Чмерева. Опт. и спектр., 130, № 5 (2022) 745-753, doi: 10.21883/OS.2022.05.52430.9-22[14] M. G. Kucherenko, V. M. Nalbandyan, T. M. Chmereva. J. Opt. Technol., 130, N 5 (2022) 583-601, doi: 10.21883/EOS.2022.05.54445.9-22J. C. Ostrowski, A. Mikhailovsky, D. A. Bussian, M. A. Summers, S. K. Buratto, G. C. Bazan. Adv. Func. Mater., 16 (2006) 1221-1227, doi: 10.1002/adfm.200500293[15] J. C. Ostrowski, A. Mikhailovsky, D. A. Bussian, M. A. Summers, S. K. Buratto, G. C. Bazan. Adv. Func. Mater., 16 (2006) 1221-1227, doi: 10.1002/adfm.200500293N. L. Pacioni, M. González-Béjar, E. Alarcón, K. L. McGilvray, J. C. Scaiano. J. Am. Chem. Soc., 132, N 18 (2010) 6298-6299, doi: 10.1021/ja101925d[16] N. L. Pacioni, M. González-Béjar, E. Alarcón, K. L. McGilvray, J. C. Scaiano. J. Am. Chem. Soc., 132, N 18 (2010) 6298-6299, doi: 10.1021/ja101925dC. Seo, J. Lee, M. S. Kim, Y. Lee, J. Jung, H.-W. Shin, T. K. Ahn, G. Sun, J. Kim. Chem. Phys. Lett., 676 (2017) 134-139, doi: 10.1016/j.cplett.2017.03.061[17] C. Seo, J. Lee, M. S. Kim, Y. Lee, J. Jung, H.-W. Shin, T. K. Ahn, G. Sun, J. Kim. Chem. Phys. Lett., 676 (2017) 134-139, doi: 10.1016/j.cplett.2017.03.061C. Wang, X. Zhang, K. Liu, X. Dai, C. Yang, S. Guo, H. Su. J. Phys. Chem. C, 123 (2019) 27717-27724, doi: 10.1021/acs.jpcc.9b06094[18] C. Wang, X. Zhang, K. Liu, X. Dai, C. Yang, S. Guo, H. Su. J. Phys. Chem. C, 123 (2019) 27717-27724, doi: 10.1021/acs.jpcc.9b06094P. Song, J.-H. Wang, M. Zhang, F. Yang, H.-J. Lu, B. Kang, J.-J. Xu, H.-Y. Chen. Sci. Adv., 4 (2018) eaat0292, doi: 10.1126/sciadv.aat0292[19] P. Song, J.-H. Wang, M. Zhang, F. Yang, H.-J. Lu, B. Kang, J.-J. Xu, H.-Y. Chen. Sci. Adv., 4 (2018) eaat0292, doi: 10.1126/sciadv.aat0292I. Yu. Goliney, V. I. Sugakov, L. Valkunas, G. V. Vertsimakha. Chem. Phys., 404 (2012) 116-122, doi: 10.1016/j.chemphys.2012.03.011[20] I. Yu. Goliney, V. I. Sugakov, L. Valkunas, G. V. Vertsimakha. Chem. Phys., 404 (2012) 116-122, doi: 10.1016/j.chemphys.2012.03.011Т. М. Чмерева, М. Г. Кучеренко, Ф. Ю. Мушин. Изв. вузов. Физика, 65, № 7 (2022) 16-27 [T. M. Chmereva, M. G. Kucherenko, F. Yu. Mushin. Russ. Phys. J., 65, N 7 (2022) 1081-1093, doi: 10.1007/s11182-022-02735-w][21] T. M. Chmereva, M. G. Kucherenko, F. Yu. Mushin. Russ. Phys. J., 65, N 7 (2022) 1081-1093, doi: 10.1007/s11182-022-02735-wО. Звелто. Принципы лазеров, Москва, Мир (1990) 34-38[22] О. Звелто. Принципы лазеров, Москва, Мир (1990) 34-38С. Мак-Глинн, Т. Адзуми, М. Киносита. Молекулярная спектроскопия триплетного состояния, Москва, Мир (1972) 218-221, 284-286[23] С. Мак-Глинн, Т. Адзуми, М. Киносита. Молекулярная спектроскопия триплетного состояния, Москва, Мир (1972) 218-221, 284-286Л. Новотный, Б. Хехт. Основы нанооптики, Москва, Физматлит (2009) 295-297 [25] В. В. Климов. Наноплазмоника, Москва, Физматлит (2009) 60-63[24] Л. Новотный, Б. Хехт. Основы нанооптики, Москва, Физматлит (2009) 295-297 [25] В. В. Климов. Наноплазмоника, Москва, Физматлит (2009) 60-63A. Penzkofer, A. Tyagi, E. Slyusareva, A. Sizykh. Chem. Phys., 378 (2010) 58-65, doi: 10.1016/j.chemphys.2010.10.001[26] A. Penzkofer, A. Tyagi, E. Slyusareva, A. Sizykh. Chem. Phys., 378 (2010) 58-65, doi: 10.1016/j.chemphys.2010.10.001G. N. R. Tripatni, V. Clements. J. Phys. Chem., 107 (2003) 11125-11132, doi: 10.1021/jp030546i[27] G. N. R. Tripatni, V. Clements. J. Phys. Chem., 107 (2003) 11125-11132, doi: 10.1021/jp030546iО. В. Дементьева, А. В. Мальковский, М. А. Филиппенко, В. М. Рудой. Коллоид. журн., 70, № 5 (2008) 607-619[28] О. В. Дементьева, А. В. Мальковский, М. А. Филиппенко, В. М. Рудой. Коллоид. журн., 70, № 5 (2008) 607-619

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