Написати автору Вплив шару адсорбованих молекул на локалізовані поверхневі плазмони в сферичних металевих наночастинках
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp13.04.476
Анотація
В роботі досліджено вплив шару адсорбованих молекул на оптичні характеристики сферичних металевих наночастинок. З цією метою у виразах для швидкості релаксації наявний додатковий член, що враховує розсіювання електронів на межі металу з адсорбатом. Отримано аналітичні вирази для частотних залежностей параметра втрати когерентності за рахунок розсіювання на межі поділу «метал – адсорбований шар». Встановлено, що наявність адсорбованих молекул призводить до анізотропії розсіювання електронів, і, як наслідок, анізотропії оптичного відгуку подібних систем. Результатом зазначеної анізотропії є поява у частотних залежностях оптичних характеристик додаткового максимуму в інфрачервоній області спектра. Проаналізовано еволюцію частотних залежностей компонент тензора поляризованості і перерізів поглинання та розсіювання двошарових сферичних наночастинок типу «метал – адсорбат» при зміні їхніх геометричних параметрів. Показано, що слабко виражений максимум дійсної, уявної частин і модуля поперечної компоненти тензора поляризованості, а також перерізів поглинання та розсіювання в інфрачервоній області спектра виникає внаслідок індукування адсорбатом локальної густини станів. Встановлено причину зсуву максимумів перерізів поглинання та розсіювання для наночастинок постійних розмірів із ядрами різних металів. Продемонстровано існування дрібномасштабних осциляцій на частотних залежностях компонент тензора поляризованості і перерізів поглинання та розсіювання, обумовлених осцилюючим внеском поверхневого розсіювання електронів. Доведено залежність положення та величини максимуму перерізу поглинання частинки «метал – адсорбат» із незмінними геометричними параметрами та складом від діелектричної проникності середовища, в якому знаходиться наночастинка.
Ключові слова
Повний текст:
Посилання
Valsecchi C., Brolo A.G. Periodic metallic nanostructures as plasmonic chemical sensors. Langmuir. 2013. 29(19): 5638. https://doi.org/10.1021/la400085r
Schatz G.C., Van Duyne R.P. Electromagnetic mechanism of surface-enhanced spectroscopy. In: Handbook of Vibrational Spectroscopy. (John Wiley & Sons, Ltd., 2006). https://doi.org/10.1002/0470027320.s0601
Moskovits M. Surface-enhanced Raman spectroscopy: a brief retrospective. J. Raman Spectrosc. 2005. 36(6-7): 485. https://doi.org/10.1002/jrs.1362
Barnes W.L., Dereux A., Ebbesen T.W. Surface plasmon subwavelength optics. Nature. 2003. 424(6950): 824830. https://doi.org/10.1038/nature01937
Noginov M.A., Zhu G., Belgrave A.M., Bakker R., Shalaev V.M., Narimanov E.E., Stout S., Herz E., Suteewong T., Wiesner U. Demonstration of a spaser-based nanolaser. Nature. 2009. 460(7259): 1110. https://doi.org/10.1038/nature08318
Knight M.W., Sobhani H., Nordlander P., Halas N.J. Photodetection with active optical antennas. Science. 2011. 332(6030): 702. https://doi.org/10.1126/science.1203056
Kakavelakis G., Vangelidis I., Heuer-Jungemann A., Kanaras A.G., Lidorikis E., Stratakis E., Kymakis E. Plasmonic Backscattering Effect in High-Efficient Organic Photovoltaic Devices. Adv. Energy Mater. 2016. 6(2): 1501640. https://doi.org/10.1002/aenm.201501640
Foerster B., Joplin A., Kaefer K., Celiksoy S., Link S., Sönnichsen C. Chemical Interface Damping Depends on Electrons Reaching the Surface. ACS Nano. 2017. 11(3): 2886. https://doi.org/10.1021/acsnano.6b08010
Collins S.S., Wei X., McKenzie T.G., Funston A.M., Mulvaney P. Single Gold Nanorod Charge Modulation in an Ion Gel Device. Nano Lett. 2016. 16(11): 6863. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b02696
Byers C.P., Hoener B.S., Chang W.S., Link S., Landes C.F. Single-Particle Plasmon Voltammetry (Sppv) for Detecting Anion Adsorption. Nano Lett. 2016. 16(4): 2314. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b04990
Christopher P., Xin H., Linic S. Visible-Light-Enhanced Catalytic Oxidation Reactions on Plasmonic Silver Nanostructures. Nat. Chem. 2011. 3: 467. https://doi.org/10.1038/nchem.1032
Mubeen S., Lee J., Singh N., Krämer S., Stucky G.D., Moskovits M. An Autonomous Photosynthetic Device in which All Charge Carriers Derive from Surface Plasmons. Nat. Nanotechnol. 2013. 8: 247. https://doi.org/10.1038/nnano.2013.18
Naik G.V., Dionne J.A. Photon Upconversion with Hot Carriers in Plasmonic Systems. Appl. Phys. Lett. 2015. 107(13): 133902. https://doi.org/10.1063/1.4932127
Mitsudome T., Kaneda K. Gold Nanoparticle Catalysts for Selective Hydrogenations. Green Chem. 2013. 15(10): 2636. https://doi.org/10.1039/c3gc41360h
Brongersma M.L., Halas N.J., Nordlander P. Plasmon-Induced Hot Carrier Science and Technology. Nat. Nanotechnol. 2015. 10: 25. https://doi.org/10.1038/nnano.2014.311
Wu K., Chen J., Mcbride J.R., Lian T. Efficient Hot-Electron transfer by a Plasmon-Induced Interfacial Charge-Transfer Transition. Science. 2015. 349(6248): 632. https://doi.org/10.1126/science.aac5443
Hartland G.V. Optical Studies of Dynamics in Noble Metal Nanostructures. Chem. Rev. 2011. 111(6): 3858. https://doi.org/10.1021/cr1002547
Hoggard A., Wang L.-Y., Ma L., Fang Y., You G., Olson J., Liu Z., Chang W.-S., Ajayan P.M., Link S. Using the Plasmon Linewidth To Calculate the Time and Efficiency of Electron Transfer between Gold Nanorods and Graphene. ACS Nano. 2013. 7(12): 11209. https://doi.org/10.1021/nn404985h
Olson J., Dominguez-Medina S., Hoggard A., Wang L.-Y., Chang W.-S., Link S. Optical Characterization of Single Plasmonic Nanoparticles. Chem. Soc. Rev. 2015. 44(1): 40. https://doi.org/10.1039/C4CS00131A
Munechika K., Smith J.M., Chen Y., Ginger D.S. Plasmon Line Widths of Single Silver Nanoprisms as a Function of Particle Size and Plasmon Peak Position. J. Phys. Chem. C. 2007. 111(51): 18906. https://doi.org/10.1021/jp076099e
Kreibig U., Michael V. Optical Properties of Metal Clusters. (Berlin: Springer, 1995). https://doi.org/10.1007/978-3-662-09109-8
Charle K.-P., Frank F., Schulze W. The Optical Properties of Silver Microcrystallites in Dependence on Size and the Influence of the Matrix Environment. Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie. 1984. 88(4): 350. https://doi.org/10.1002/bbpc.19840880407
Lohse S.E., Murphy C.J. The Quest for Shape Control: A History of Gold Nanorod Synthesis. Chem. Mater. 2013. 25(8): 1250. https://doi.org/10.1021/cm303708p
Klar T., Perner M., Grosse S., Von Plessen G., Spirkl W., Feldmann J. Surface-Plasmon Resonances in Single Metallic Nanoparticles. Phys. Rev. Lett. 1998. 80(19): 4249. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.80.4249
Hövel H., Fritz S., Hilger A., Kreibig U., Vollmer M. Width of Cluster Plasmon Resonances: Bulk Dielectric Functions and Chemical Interface Damping. Phys. Rev. B. 1993. 48(24): 18178. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.18178
Kusar P., Gruber C., Hohenau A., Krenn J.R. Measurement and Reduction of Damping in Plasmonic Nanowires. Nano Lett. 2012. 12(2): 661. https://doi.org/10.1021/nl203452d
Persson J. Polarizability of Small Spherical Metal Particles: Influence of the Matrix Environment. Surf. Sci. 1993. 281(1−2): 153. https://doi.org/10.1016/0039-6028(93)90865-H
Korotun A.V., Koval' A.A., Reva V.I., Titov I.N. Optical Absorption of a Composite Based on Bimetallic Nanoparticles. Classical Approach. Phys. Met. Metall. 2019. 120(11): 1040. https://doi.org/10.1134/S0031918X19090059
Korotun A.V., Koval A.O., Pogosov V.V. Optical parameters of bimetallic nanospheres. Ukr. J. Phys. 2021. 66(6): 518. https://doi.org/10.15407/ujpe66.6.518
Korotun A.V., Koval' A.A., Reva V.I. Absorption of Electromagnetic Radiation by Oxide-Coated Spherical Metal Nanoparticles. J. Appl. Spectrosc. 2019. 86(4): 606. https://doi.org/10.1007/s10812-019-00866-6
Korotun A.V., Koval' A.A. Optical Properties of Spherical Metal Nanoparticles Coated with an Oxide Layer. Opt. Spectrosc. 2019. 127(6): 1161. https://doi.org/10.1134/S0030400X19120117
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
Grigorchuk N.I., Tomchuk P.M. Optical and transport properties of spheroidal metal nanoparticles with account for the surface effect. Phys. Rev. B. 2011. 84(8): 085448. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.085448
Korotun A.V., Pavlyshche N.I. Cross Sections for Absorption and Scattering of Electromagnetic Radiation by Ensembles of Metal Nanoparticles of Different Shapes. Phys. Met. Metall. 2021. 122(10): 941. https://doi.org/10.1134/S0031918X21100057
Pinchuk A., von Plessen G., Kreibig U. Influence of interband electronic transitions on the optical absorption in metallic nanoparticles. J. Phys. D: Appl. Phys. 2004. 37(22): 3133. https://doi.org/10.1088/0022-3727/37/22/012
Peng S., McMahon J.M., Schatz G.C., Gray S.K., Sun Y. Reversing the size-dependence of surface plasmon resonances. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010. 107(33): 14530. https://doi.org/10.1073/pnas.1007524107
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp13.04.476
Copyright (©) 2022 N. A. Smirnova, A. V. Korotun, L. M. Titov
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.