Оренбургский государственный университет

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

№ проекта 0743-2017-0001 (№ 3.7758.2017/БЧ)

Руководитель — доктор физико-математических, профессор Кучеренко М.Г.

Исследованы свойства модели плазмон-инициированного увеличения интенсивности люминесценции молекул органических красителей в многослойных планарных структурах с островковыми частицами серебра. В трехчастичный гибридный кластер помимо двух молекул красителей включалась только ближайшая к ним сферическая плазмонная наночастица. Произведен расчет спектров скоростей радиационного и безызлучательного распада возбужденной молекулы донора, а также зависимости этих скоростей от расстояния между донорным центром и наночастицей. При увеличении радиуса наночастицы от 10 до 20 нм скорость спонтанного испускания кластера увеличивалась по сублинейному закону. Дистанционная зависимость скорости излучения пары «молекула-частица» следовала обратному степенному закону. Схожие закономерности имели место и при межмолекулярном переносе энергии и ее диссипации на металлической наночастице.

Исследован механизм плазмон-ускоренного ферстеровского резонансного переноса энергии в слоистой структуре органических молекул над поверхностью двумерной решетки металлических наночастиц. Плоская решетка гексагональной симметрии, образованная из проводящих сферических наночастиц рассмотрена в качестве модели островковой пленки металла на подложке. Произведены расчеты характеристик ближних полей, формирующихся в подобных наноструктурах и определяющих эффективность безызлучательных процессов в них, а также спектры результирующей флуоресценции металлогибридного композита. Получены частотные и дистанционные зависимости скорости радиационных и безызлучательных переходов в донор-акцепторной паре молекул над плазмонной решеткой сферических наночастиц.

Исследована диссипация энергии электронного возбуждения в трехчастичной системе, включающей в себя экситон-активированную квантовую точку (КТ) и две металлические наночастицы (НЧ) различного радиуса. Получены выражения для потенциалов электрического поля внутри КТ и металлического наношара-рефлектора, а также снаружи глобул в среде с заданной диэлектрической проницаемостью. Получены спектры скорости диссипации энергии поля на малой акцепторной наночастице для НЧ из различных металлов. В спектрах скорости диссипации наблюдались две сравнимые по интенсивности полосы, отвечающие за плазмонные резонансы на каждой из НЧ. При этом более значимым становился вклад в скорость диссипации мультиполей высших порядков. На основе специально созданной теоретической модели произведены расчеты частотных зависимостей интенсивности свечения двухкомпонентной системы «экситон-активированная полупроводниковая КТ — плазмонная НЧ» в постоянном магнитном поле. В отличие от ранее реализованных моделей произведен выход за рамки приближения дипольной поляризуемости сферической наночастицы и учтен неоднородный характер поля, создаваемого экситонсодержащей КТ. Показано, что с изменением индукции внешнего магнитного поля наблюдается трансформация спектров экситонной люминесценции такой системы в результате конкуренции радиационных и безызлучательных каналов распада ее возбужденного состояния.

Осуществлено построение математической модели формирования конформационных перестроек адсорбированной макроцепи полиамфолита, вызванных распределенными электрическими зарядами на поверхности поляризованной металлической сферической наночастицы. Получены выражения для радиально-углового распределения плотности звеньев адсорбированной макроцепи в однородном СВЧ-поле во втором порядке теории возмущений по полю.

Произведено обобщение математической модели кинетики кросс-аннигиляции электронных возбуждений молекул кислорода и триплетных (Т) возбуждений органических молекул, учитывающая неоднородный и неизотропный характер распределения звеньев полимерной цепи вблизи поверхности сферической наночастицы. В рамках модели получены выражения для времязависящего сигнала кросс-аннигиляциионной замедленной флуоресценции молекул-сенсибилизаторов. Изучен отклик на изменения модельных параметров — в согласии с аналогичными изменениями экспериментальных характеристик. Предложенная модель может быть использована для обработки времяразрешенных сигналов кислород-активированной люминесценции коллоидов, с целью получения информации о конформационной структуре макромолекулярного опушечного слоя дисперсных включений, и особенностях ее проявления в реакциях с участием молекул О₂.

Исследованы спектры магнитного резонанса пар электронно-возбужденных триплетных (Т) молекул или Т-экситонов, детектируемого по замедленной флуоресценции аннигиляционного типа, при различных условиях протекания триплет-триплетной аннигиляции электронных состояний. Установлены закономерности формирования и уширения спектров в зависимости от характеристик блуждания частиц-реагентов в сферической нанообласти произвольного радиуса.

Теоретически исследованы фарадеевское вращение и магнитный круговой дихроизм (МКД) в средах, содержащих сферические слоистые наночастицы с ферромагнитным ядром и плазмонной оболочкой или двухчастичные кластеры, состоящие из ферромагнитной и плазмонной наночастиц. Для указанных систем в квазистатическом приближении электродинамики проведены расчеты спектров оптического поглощения, спектров МКД, угла ориентации эллипса поляризации и эллиптичности световой волны. Обнаружено существенное влияние конфигурации и геометрических характеристик магнитоплазмонных наноструктур на магнитооптический отклик содержащей их среды.