Написати автору Оптичне поглинання композитами з металевими нанорозмірними сфероїдальними частинками
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp14.04.561
Анотація
У роботі розглядається задача про поглинання світла нанокомпозитом з хаотично орієнтованими металевими сфероїдальними частинками-включеннями за умови малого об’ємного вмісту таких включень. Отримано вирази для частотних залежностей ефективної діелектричної функції та коефіцієнта поглинання метал-діелектричного нанокомпозиту у рамках моделі ефективного середовища з урахуванням аксіальної симетрії сфероїдальних включень. Ефективну швидкість релаксації електронів введено з використанням кінетичного підходу. Чисельні розрахунки проведено для випадків, коли частинки-включення мають форму витягнутих і сплюснених наносфероїдів. Результати розрахунків свідчать про наявність двох максимумів коефіцієнта поглинання, які відповідають поздовжньому та поперечному поверхневому плазмонному резонансу. Проаналізовано зміну положення та величини максимумів частотних залежностей ефективної діелектричної функції та коефіцієнта поглинання при зміні розміру і форми сфероїдальних частинок-включень. Показано, що чим більшою є різниця довжин півосей сфероїдів, тим більшою є відстань між максимумами ефективної діелектричної функції і коефіцієнта поглинання, а форма кривих залежить від ексцентриситету сфероїдальних включень. Встановлено, що на положення максимумів суттєво впливає вибір матеріалу частинок включення та матричного середовища, тоді як на висоту максимумів значною мірою впливає форма наночастинок, а також їхній об’ємний вміст у композиційному середовищі. Доведено, що залежно від матеріалу наночастинок-включень, обидва максимуми коефіцієнта поглинання можуть знаходитися у видимій частині спектра (для включень Au) або в ультрафіолетовій (для включень Al). Можливо також, що один максимум лежить у видимій частині спектра, а інший – в ультрафіолетовій, що має місце для включень Pd, Pt, Cu, Ag.
Ключові слова
Повний текст:
Посилання
1. Dmitruk N.L., Goncharenko A.V., Venger E.F. Optics of small particles and composite media. (Kyiv: Naukova Dumka, 2009).
2. Shang L., Bian T., Zhang B., Baihui Z., Zhang D., Wu L.-Z., Tung C.-H., Yin Y., Zhang T. Graphene-supported ultrafine metal nanoparticles encapsulated by mesoporous silica: robust catalysts for oxidation and reduction reactions. Angew. Chem. Int. Ed. 2014. 53(1): 250. https://doi.org/10.1002/anie.201306863
3. Nanocolloids: A Meeting Point for Scientists and Technologists. Ed. by M. Sanchez-Dominguez and C. Rodriguez-Abreu (Elsevier, Amsterdam, 2016).
4. Levin V., Markov M., Mousatov A., Kazatchenko E., Pervago E. Effective electro-magnetic properties of microheterogeneous materials with surface phenomena. Eur. Phys. J. B. 2017. 90(192): 1. https://doi.org/10.1140/epjb/e2017-80294-1
5. Mitra A., De G. Glass Nanocomposites: Synthesis, Properties and Applications. Chapter 6: Sol-gel synthesis of metal nanoparticle incorporated oxide films on glass. (Elsevier: William Andrew, 2016). https://doi.org/10.1016/B978-0-323-39309-6.00006-7
6. Xiang W., Gao H., Ma L., Ma X., Huang Y., Pei L., Liang X. Valence state control and thirdorder nonlinear optical properties of copper embedded in sodium borosilicate glass. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. 7(19): 10162. https://doi.org/10.1021/acsami.5b00218
7. Zhong J., Xiang W., Chen Z., Xie C., Luo L., Liang X. Microstructures and thirdorder optical nonlinearities of Cu2In nanoparticles in glass matrix. J. Alloys Compd. 2013. 572: 137. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.03.164
8. Karmakar B. Glass Nanocomposites: Synthesis, Properties and Applications. Chapter 1: Fundamentals of glass and glass nanocomposites. (Elsevier: William Andrew, 2016). https://doi.org/10.1016/B978-0-323-39309-6.00001-8
9. Korgel B.A. Composite for smarter windows. Nature. 2013. 500(7462): 278. https://doi.org/10.1038/500278a
10. Llordés A., Garcia G., Gazquez J., Milliron D.J. Tunable near-infrared and visible-light transmittance in nanocrystal-in-glass composites. Nature. 2013. 500(7462): 323. https://doi.org/10.1038/nature12398
11. Luan F., Gu B., Gomes A.S.L., Yong K.-T., Wen S., Prasad P.N. Lasing in nanocomposite random media. Nano Today. 2015. 10(2): 168. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2015.02.006
12. Kleemann W. Multiferroic and magnetoelectric nanocomposites for data processing. J. Phys. D Appl. Phys. 2017. 50(22): 223001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa6c04
13. Barillaro G., Nannini A., Pieri F. APSFET: A new, porous silicon-based gas sensing device. Sens. Actuators, B. 2003. 93(1-3): 263. https://doi.org/10.1016/S0925-4005(03)00234-X
14. Dul S., Fambri L., Pegoretii A. Structure and Properties of Additive Manufactured Polymer Components. Development of new nanocomposites for 3D printing applications. (Elsevier: Woodhead Publishing, 2020). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819535-2.00002-8
15. Hauert R., Patscheider J. From alloying to nanocomposites-Improved performance of hard coatings. Adv. Eng. Mater. 2000. 2(5): 247. https://doi.org/10.1002/(SICI)1527-2648(200005)2:5<247::AID-ADEM247>3.0.CO;2-U
16. Shao H.-C., Zhang Y.-Y., Hussain S., Liu X.-C., Zhao L.-J., Zhang X.-Z., Liu G.-W., Qiao G.-J. Effects of Preform Structures on the Performance of Carbon and Carbon Composites. Sci. Adv. Mater. 2019. 11(7): 945. https://doi.org/10.1166/sam.2019.3511
17. Kravets V.G., Kabashin A.V., Barnes W.L., Grigorenko A.N. Plasmonic Surface Lattice Resonances: A Review of Properties and Applications. Chem. Rev. 2018. 118(12): 5912. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00243
18. Lama P., Suslov A., Walser A.D., Dorsinville R. Plasmon assisted enhanced nonlinear refraction of monodispersed silver nanoparticles and their tunability. Opt. Express. 2014. 22(11): 14014. https://doi.org/10.1364/OE.22.014014
19. Golovan L.A., Timoshenko V.Y. Nonlinear-Optical Properties of Porous Silicon Nanostructures. J. Nanoelectron. Optoelectron. 2013. 8(3): 223. https://doi.org/10.1166/jno.2013.1473
20. Rane A.V., Kanny K., Abitha V.K., Thomas S. Synthesis of Inorganic Nanomaterials. Chapter 5 - Methods for synthesis of nanoparticles and fabrication of nanocomposites. (Elsevier: Woodhead Publishing, 2018). https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101975-7.00005-1
21. Hulkkonen H.H., Salminen T., Niemi T. Block Copolymer Patterning for Creating Porous Silicon Thin Films with Tunable Refractive Indices. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. 9(37): 31260. https://doi.org/10.1021/acsami.6b16110
22. Korotun A.V., Koval A.O., Reva V.I. Optical absorption of composite with bilayer nanoparticles. J. Phys. Stud. 2019. 23(2): 2603. https://doi.org/10.30970/jps.23.2603
23. Korotun A.V., Koval' A.A., Titov I.N. Optical Absorption of a Composite Based on Bilayer Metal-Dielectric Spherical Nanoparticles. J. Appl. Spectrosc. 2020. 87(2): 240. https://doi.org/10.1007/s10812-020-00991-7
24. Grechko L.G., Motrych V.V., Ogenko V.M. Dielectric permeability of dispersed systems. Surface. 1993. 1: 17. [in Ukrainian].
25. Landau L.D., Lifshitz E.M. Course of Theoretical Physics, V. 8: Electrodynamics of Continuous Media. (Pergamon, New York, 1984). https://doi.org/10.1016/B978-0-08-030275-1.50007-2
26. Korotun A.V., Pavlyshche N.I. Optical absorption of a composite with randomly distributed metallic inclusions of various shapes. Funct. Mater. 2022. 29(4): 567. https://doi.org/10.15407/fm29.04.567
27. Smirnova N.A., Maniuk M.S., Korotun A.V., Titov I.M. An optical absorption of the composite with the nanoparticles, which are covered with the surfactant layer. Physics and Chemistry of Solid State. 2023. 24(1): 181. https://doi.org/10.15330/pcss.24.1.181-189
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp14.04.561
Copyright (©) 2023 N. I. Pavlyshche, A. V. Korotun, V. P. Kurbatsky
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.