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 — доктор физ.-мат. наук, проф. Кучеренко М.Г.

На основе специальной квантовой модели многослойной планарной плазмон-экситонной системы установлена возможность появления осцилляционного режима в кинетике распада-активации (энергообмена) компонентов слоистого гибрида при сильном их взаимодействии друг с другом и термостатом. Были рассмотрены случаи чистых и смешанных начальных состояний экситон-плазмонной системы, различным образом проявляющиеся в кинетике ее распада, не всегда демонстрирующей наличие осцилляционного режима. Обнаруженные особенности временного поведения разносортной системы квазичастиц могут быть полезными при анализе работы фотоэлектронных устройств с реализованным в них сильным плазмон-экситонным взаимодействием в субнаносекундной временной области. Важным может оказаться не только сам факт одностороннего результирующего переноса энергии между компонентами системы, но и немонотонный временной характер такого процесса. Изменяя толщину изолирующей прослойки между двумерными экситонами и поверхностными плазмон-поляритонами в планарной наноструктуре можно осуществлять переключение кинетических режимов энергообмена между ее компонентами, от возвратно-осцилляционного до однонаправленного — релаксационного. Обсуждается, каким образом может быть практически реализована экспериментальная ситуация, отвечающая выбору начального условия в виде парциальной активации плазмонной подсистемы.

Исследованы частотные зависимости интенсивности свечения двухкомпонентной системы «квантовая точка — плазмонная наночастица» в постоянном магнитном поле. Эффект влияния металлических наночастиц (НЧ) на радиационные переходы в квантовой точке (КТ) при наличии внешнего магнитного поля исследован на основе выражения для скорости экситонной эмиссии КТ, полученного c учетом диссипации энергии возбуждения на плазмонных модах НЧ для различных геометрических конфигураций системы. Показано, что с изменением индукции магнитного поля наблюдается трансформация спектров экситонной люминесценции таких систем в результате конкуренции радиационных и безызлучательных каналов распада. Исследованы особенности энергетической релаксации полупроводниковых квантовых точек, расположенных вблизи плоской поверхности проводящей подложки в случае сильного пространственного ограничения движения носителей заряда (электронов и дырок) в КТ. Проведены расчеты скоростей внутри- и межзонных переходов электрона с испусканием поверхностного плазмона. Установлено влияние геометрических и электродинамических параметров планарной структуры с КТ, размещенной на металлической подложке, на скорость энергетической релаксации КТ и на величину расщепления Раби. Полученные результаты могут быть востребованы при разработке оптоэлектронных устройств, содержащих КТ и проводящие слои и базирующихся на сильном или слабом взаимодействии КТ с поверхностными плазмонами.

В результате проведенных экспериментов установлено, что при фотовозбуждении раствора полифениленвинилена (PPV) в толуоле лазерными источниками (445, 460 и 532 нм) концентрационные зависимости интенсивности люминесценции полимерного раствора носят немонотонный характер. С увеличением доли растворенных нанотрубок интенсивность люминесценции в максимуме спектра сначала возрастает, а затем снижается. Такой эффект наблюдался как при использовании одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ), так и двустенных (ДУНТ). Глубина модуляции интенсивности свечения в случае ДУНТ оказалась выше, чем в случае ОУНТ. Аналогичные результаты получены и при использовании бензола в качестве растворителя. Исследовано влияние магнитного поля на фотолюминесценцию PPV при понижении давления воздуха до 10² Па. В качестве образца использовалась полимерная пленка органического полупроводника, производного полифениленвинилена, poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) c шириной запрещенной зоны Eg ~ 2,3 эВ. Обнаружено, что при включении внешнего магнитного поля (400 мТл) интенсивность люминесценции деаэрированных пленок MEH-PPV уменьшалась на 5 %. При атмосферном давлении интенсивность свечения образцов MEH-PPV увеличивалась на 6 % в магнитном поле. В ряду полимеров с сопряженными связями, поли [парафениленвинилен] и его замещенные производные, такие как MEH-PPV, вызывают особый интерес из-за их электролюминесцентных свойств.

Рассчитаны спектры оптического поглощения и магнитного кругового дихроизма (МКД) кластеров, состоящих из двух наночастиц, одна из которых имеет структуру «ядро-оболочка» Наличие диэлектрического ядра композитной наночастицы приводит к появлению дополнительного спектрального пика в области 320 нм, что связано с возникновением второй границы раздела «металл-диэлектрик», т. е. второго плазмонного резонанса. Кроме того, с ростом радиуса ядра частицы наблюдается увеличение интервала между спектральными полосами, отвечающими плазмонным резонансам на внутренней и внешней поверхностях серебряной оболочки. Изменение спектров поглощения приводит и к изменению спектров магнитного кругового дихроизма.