Оренбургский государственный университет

Исследование плазмонных свойств двухкомпонентных композитных наночастиц для определения ближнепольных оптических характеристик гибридных молекулярных систем

Проект № 233

Руководитель — д-р физ.-мат. наук, профессор Кучеренко М.Г.

Исследованы плазмонные свойства симметричных неоднородных наносистем (наноантенн), представляющих собой сферические слоистые нанокомпозиты с проводящей сердцевиной, приобретающие анизотропные свойства при наложении внешнего магнитного поля. Получены частотные и полевые зависимости дипольной электрической поляризуемости нанокомпозитов, а также картины распределений ближнего поля в пространстве вне частиц. Аналогичные задачи решены для неоднородного слоистого нанокомпозита в виде двуслойного цилиндра с диэлектрической оболочкой и проводящей коаксиальной жилой во внешнем магнитном поле. Полученные зависимости могут быть востребованы при создании наноструктурированных функциональных устройств и систем, предназначенных осуществлять локальное усиление электромагнитного поля в определенных областях пространства, а также производить целенаправленное пространственно-временное перераспределение силовых характеристик поля.

В качестве итогов данного этапа выполнения НИР представлены также новые экспериментальные результаты, полученные для нанопористой системы, и подтверждающие эффект влияния металлических наночастиц на межмолекулярный безызлучательный перенос энергии в кластерных структурах. Приводится теоретическая модель локального поля в полости, которая, в отличии от предыдущих разработок, при расчете характеристик учитывает эффект поляризации среды вне нанореактора.

Предложен способ повышения чувствительности измерения характеристик теплового поля, сформированного в результате безызлучательной дезактивации возбужденных состояний молекул, посредством использования голографического метода. Показано, что в полимерной пленке с наночастицами серебра формируется фазовая голографическая решетка, и сигнал дифракции считывающего пучка на такой решетке усиливается пропорционально квадрату числа ее периодов и зависит от концентрации плазмонных наночастиц.

Методом молекулярной динамики исследованы особенности конформационных перестроек и равновесная структура однородных полипептидов, адсорбированных на поверхности сферической золотой наночастицы радиусом 4 нм. Рассмотрены однородные полипептиды, состоящие из 100 и 500 протеиногенных аминокислотных остатков. Рассчитаны радиальные распределения средней концентрации атомов полипептидов на поверхности золотой наночастицы. Произведена аппроксимация распределения средней радиальной концентрации атомов полипептидов на основе специальной математической модели для распределения плотности звеньев макроцепи на сферической поверхности.

Показано, что спектральные и выходные характеристики люминесценции молекул, расположенных вблизи слоистых сферических нанокомпозитов «металлическое ядро — кристаллоподобная J-оболочка», с выраженным экситон-плазмонным взаимодействием, существенным образом изменяются не только по сравнению со случаем систем без наночастиц, но и со случаем плазмонных частиц без J-оболочек.

Проведено теоретическое исследование плазмон-экситонного взаимодействия в плоскослоистой наноструктуре, состоящей из металлической подложки и двух оптически нейтральных сред c различными диэлектрическими проницаемостями. Предполагалось, что вблизи поверхности раздела диэлектриков расположен монослой J-агрегатов цианинового красителя. В рамках квантовомеханической теории возмущений проведены расчеты скорости передачи энергии от поверхностного плазмон-поляритона к J-агрегатам. В случае сильной связи показано влияние диэлектрической проницаемости и толщины промежуточного оптически нейтрального слоя на величину энергии взаимодействия между экситонным состоянием и плазмонной модой в условиях точного резонанса (расщепления Раби).