Оптический отклик композитной системы “монослой сферических частиц в поглощающей матрице” при падении плоской волны по нормали

Получены уравнения для описания рассеяния и поглощения излучения освещаемым по нормали монослоем одинаковых сферических частиц, находящимся в однородной светопоглощающей среде (матрице). Они основаны на использовании квазикристаллического приближения, приближения среднего поля и мультипольного разложения полей и тензорной функции Грина по векторным сферическим волновым функциям. Представлены результаты численного анализа коэффициентов когерентного пропускания и отражения, некогерентного рассеяния, поглощения композитных систем (монослоя наночастиц золота (Au) в фуллереновой (C₆₀) матрице и монослоя наночастиц серебра (Ag) в матрице фталоцианина меди (CuPc)) в видимом диапазоне спектра при разных концентрациях и размерах частиц. Проведено сравнение зависимостей длины волны максимума плазмонного резонанса  поглощения  от  фактора  заполнения  частично  упорядоченного  монослоя,  рассчитанных с учетом (в квазикристаллическом приближении) и без учета (в интерференционном приближении) многократного рассеяния волн. Результаты расчетов качественно согласуются с известными данными эксперимента по длинноволновому сдвигу полосы резонанса с ростом фактора заполнения монослоя. Полученные уравнения могут быть использованы при решении задач оптики тонких пленок, разработке фотонных и оптоэлектронных устройств, содержащих поглощающие матрицы.

1. B. Daneshfard, B. Dalfardi, G. S. M. Nezhad. J. Med. Biography, 24, N 2 (2016) 227—231

2. Б. И. Степанов. Введение в современную оптику. Фотометрия. О возможном и невозможном в оптике, Минск, Навука і тэхніка (1989)

3. Б. И. Степанов. Введение в современную оптику. Квантовая теория взаимодействия света и вещества, Минск, Навука і тэхніка (1990)

4. Б. И. Степанов. Введение в современную оптику. Поглощение и испускание света квантовыми системами, Минск, Навука і тэхніка (1991)

5. О. П. Гирин, Б. И. Степанов. ЖЭТФ, 27 (1954) 467—478

6. K. M. Hong. J. Opt. Soc. Am., 70 (1980) 821—826

7. A. Modinos. Physica, 141A (1987) 575—588

8. C. Soci, G. Adamo, D. Cortecchia, K. Wang. Opt. Mater., X, N 17 (2023) 100214, https://doi.org/10.1016/j.omx.2022.100214

9. L. Novotny, B. Hecht. Principles of Nano-Optics, Cambridge University Press (2012)

10. M. Quinten. Optical Properties of Nanoparticle Systems: Mie and Beyond, Wiley (2010)

11. A. García-Valenzuela, E. Gutiérrez-Reyes, R. G. Barrera. J. Opt. Soc. Am. A, 29 (2012) 1161—1179

12. A. I. Kuznetsov, A. E. Miroshnichenko, M. L. Brongersma, Y. S. Kivshar, B. Luk’yanchuk. Science, 354 (2016) 2472(1—8)

13. V. G. Kravets, A. V. Kabashin, W. L. Barnes, A. N. Grigorenko. Chem Rev., 118, 5912—5951 (2018)

14. A. A. Miskevich, V. A. Loiko. J. Exp. Theor. Phys., 113 (2011) 1—13

15. V. A. Loiko, A. A. Miskevich. Opt. Spectr., 115 (2013) 274—282

16. A. A. Miskevich, V. A. Loiko. J. Quant. Spectr. Rad. Transf., 151 (2015) 260—268

17. N. A. Loiko, A. A. Miskevich, V. A. Loiko. J. Opt. Soc. Am. A, 35 (2018) 108—118

18. N. A. Loiko, A. A. Miskevich, V. A. Loiko. J. Exp. Theor. Phys., 126 (2018) 159—173

19. N. A. Loiko, A. A. Miskevich, V. A. Loiko. Opt. Spectr., 125 (2018) 655—666

20. V. A. Loiko, A. A. Miskevich. In: Multiple Light Scattering, Radiative Transfer and Remote, Ed. A. A. Kokhanovsky, 1, ch. 2, Sensing Springer Series in Light Scattering, Springer (2018) 101—230

21. N. A. Loiko, A. A. Miskevich, V. A. Loiko. J. Exp. Theor. Phys., 131 (2020) 227—243

22. N. A. Loiko, A. A. Miskevich, V. A. Loiko. J. Opt. Soc. Am. B, 38 (2021) C22—C32

23. N. A. Loiko, A. A. Miskevich, V. A. Loiko. J. Quant. Spectr. Rad. Transf., 266 (2021) 107571(1—20)

24. N. A. Loiko, A. A. Miskevich, V. A. Loiko. J. Quant. Spectr. Rad. Transf., 289 (2022) 108291(1—9)

25. N. A. Loiko, A. A. Miskevich, V. A. Loiko. J. Opt. Soc. Am. A, 39 (2022) C36—C44

26. M. Lax. Phys. Rev., 85 (1952) 621—629

27. B. P. Rand, P. Peumans, S. R. Forrest. J. Appl. Phys., 96 (2004) 7519

28. J.-Y. Lee, P. Peumans. Opt. Exp., 18 (2010) 10078—10087

29. K. Vynck, M. Burresi, F. Riboli, D. S. Wiersma. Nat. Mater., 11 (2012) 1017—1022

30. F. L.-P. Sergio, G. Rodrigo, L. Martín-Moreno. Proc. IEEE, 104 (2016) 2288—2306

31. M. Olaimat, L. Yousefi, O. Ramahi. J. Opt. Soc. Am. B, 38 (2021) 638—651

32. W. Yang, S. Feng, X. Zhang, Y. Wang, C. Li, L. Zhang, J. Zhao, G. Gurzadyan, S. Tao. ACS Appl. Mater. Interfaces, 13 (2021) 38722—38731

33. W. C. Mundy, J. A. Roux, A. M. Smith. J. Opt. Soc. Am., 64 (1974) 1593—1597

34. C. F. Bohren, D. P. Gilra. J. Colloid Interface Sci., 72 (1979) 215—221

35. I. W. Sudiarta, P. Chylek. J. Quant. Spectr. Rad. Transf., 70 (2001) 709—714

36. G. Videen, W. Sun. Appl. Opt., 42 (2003) 6724—6727

37. J. Yin, L. Pilon. J. Opt. Soc. Am. A, 23 (2006) 2784—2796

38. Q. Fu, W. Sun. J. Quant. Spectr. Rad. Transf., 100 (2006) 137—142

39. Р. А. Дынич, А. Н. Понявина, В. В. Филиппов. Журн. прикл. спектр., 76, № 5 (2009) 746—751 [R. A. Dynich, A. N. Ponyavina, V. V. Filippov. J. Appl. Spectr., 76 (2009) 704—710]

40. M. I. Mishchenko, G. Videen, P. Yang. Opt. Lett., 42 (2017) 4873—4876

41. M. I. Mishchenko, J. M. Dlugach. J. Quant. Spectr. Rad. Transf., 211 (2018) 179—187

42. L. X. Ma, B. W. Xie, C. C. Wang, L. H. Liu. J. Quant. Spectr. Rad. Transf., 230 (2019) 24—35

43. J. Dong, W. Zhang, L. Liu. Opt. Exp., 29 (2021) 7690—7705

44. N. G. Khlebtsov. J. Quant. Spectr. Rad. Transf., 280 (2022) 108069

45. J. Ziman. Models of Disorder, Cambridge University (1979)

46. А. П. Иванов, В. А. Лойко, В. П. Дик. Распространение света в плотноупакованных дисперсных средах, Минск, Наука и техника (1988)

47. P. M. Morse, H. Feshbach. Methods of Theoretical Physics, New York, McGraw-Hill Book (1953)

48. V. A. Babenko, L. G. Astafyeva, V. N. Kuzmin. Electromagnetic Scattering in Disperse Media: Inhomogeneous and Anisotropic Particles, Berlin, Springer (2003)

49. Ch.-T. Tai. Dyadic Green Functions in Electromagnetic Theory, New York, IEEE Press (1993)

50. O. R. Cruzan. Q. Appl. Math., 20 (1962) 33—40

51. J. K. Percus, G. J. Yevick. Phys. Rev., 110 (1958) 1—13

52. R. A. Dynich, A. D. Zamkovets, A. N. Ponyavina, E. М. Shpilevsky. Proc. NAS of Belarus. Phys. Math. Ser., 55 (2019) 232—241

53. E. D. Palik. Handbook of Optical Constants of Solids, 1, Academic (1985)

54. V. Sittinger, P. S. C. Schulze, Ch. Messmer, A. Pflug, J. Ch. Goldschmidt. Opt. Exp., 30 (2022) 37957—37970