Оренбургский государственный университет

Плазмонные характеристики слоистых нанокомпозитных частиц со структурой «ядро — оболочка», многочастичных кластеров и пространственных решеток на их основе

Проект № 3.7758.2017/БЧ

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

Рассчитаны оптические спектры поглощения коаксиальных слоистых наностержней с проводящей жилой, а также шаровых слоистых нанокомпозитов, оболочки которых обладают экситоногенными свойствами, а электронная плазма металлических ядер замагничена постоянным внешним магнитным полем. Исследована пространственная структура электрического поля и рассчитаны вероятности индуцированных переходов молекул, расположенных в окрестности наноантенн-ретрансляторов, в виде нескольких параллельных стержней нанометрового радиуса. Установлена возможность управления скоростью молекулярных излучательных и безызлучательных процессов посредством использования плазмонных наноантенн-ретрансляторов для решения некоторых проблем молекулярной электроники и наноплазмоники. Показано, что характеристики электромагнитного поля в ближней зоне наноантенны существенно изменяются за счет возбуждения в проводнике плазмонных колебаний плотности электронного газа.

Рассмотрены два варианта модели, в одном из которых поглощение света происходит в области экситоногенной оболочки, а проводящий кор композита формирует в ней локальное поле в результате плазмонных колебаний. В другом варианте — поглощающей фотоны системой выступает весь композит в целом, а его ключевой характеристикой служит тензор дипольной динамической поляризуемости. Произведено сравнение результатов расчетов, выполненных в рамках каждой из моделей и получено их удовлетворительное согласие друг с другом. Зафиксированы магнитоиндуцированные изменения спектров поглощения композитов, а также спектров люминесценции молекулярно-композитных комплексов. Произведены расчеты спектров экситонной люминесценции шаровых нанокомпозитов с учетом экситон плазмонного взаимодействия, регулируемого внешним магнитным полем.

Рассчитаны магнитные дихроичные спектры поглощения циркулярно-поляризованного света композитными металлическими наночастицами со структурой «кор — оболочка». Дихроизм оптического поглощения такой системы обусловлен остаточной намагниченностью ферромагнитного ядра композита, неоднородное поле которого изменяет и диэлектрическую проницаемость электронной плазмы проводящей оболочки.

Разработан лабораторный образец спектрометра поверхностного плазмонного резонанса (ППР), отличающийся от имеющихся на рынке аналогов большим угловым разрешением, расширенным угловым диапазоном сканирования и возможностью проведения измерений на разных длинах волн. Кроме того открытая схема спектрометра позволяет гибко настраивать его на решение конкретных научных и аналитических задач. Создано программное обеспечение (C#) для спектрометра поверхностного плазмонного резонанса, позволяющее управлять прибором с ЭВМ через микроконтроллер ATMega8U2, а также регистрировать и обрабатывать полученные спектры. Спектрометр ППР планируется использовать для изучения параметров плазмонного резонанса в тонких металлических пленках и наноостровковых покрытиях, в том числе и композитных. Помимо этого данный прибор может быть использован в качестве высокочувствительного и неинвазивного сенсора для контроля диэлектрических параметров слоистых структур и растворов.

Практическая значимость полученных результатов определяется открывшимися возможностями разработки полезных технических наноустройств, принцип действия которых основан на взаимодействии молекулярных возбуждений с поверхностными плазмонами металлических наноструктур. Так, на подавлении интенсивности свечения — «гашении» флуоресценции органических молекул или квантовых точек проводящими нанообъектами, может базироваться работа медицинских и биологических наносенсоров. Безызлучательная передача энергии от квантовой точки к серебряной нанопроволоке, сопровождающаяся возникновением поверхностных плазмонов, которые порождают поверхностное плазмонно-связанное излучение, может быть положена в основу работы наноизлучателя.