Оптические свойства гибридных плазмонных нанокомпозитов

  • Роман Анатольевич Дынич Институт физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Анатолий Дмитриевич Замковец Институт физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Алина Николаевна Понявина Институт физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь

Аннотация

С использованием теории Ми проанализированы особенности распределения локального поля вблизи наночастиц Ag при отсутствии поглощения в матрице и его наличии. Показано, что наличие поглощения приводит к изменению картины распределения «горячих пятен» у поверхности плазмонной частицы. Изучено влияние ближнеполевых эффектов на спектральные свойства планарных гибридных наноструктур, в которых нанометровые пленки органических материалов, таких как родамин 6G (R6G), фталоцианин никеля (NiPc), фталоцианин меди (CuPc), контактируют с плотноупакованными монослоями (островковыми структурами) наночастиц серебра. Обнаружено возрастание эффективного поглощения органических пленок при размещении их вблизи поверхности островковых металлических наноструктур. Установлено, что чувствительность эффективного поглощения тонкой пленки органического полупроводника к наличию наночастиц Ag в исследованных нанокомпозитах возрастает в ряду R6G – NiPc – CuPc. Присутствие плазмонных наночастиц наиболее значительно усиливает эффективное поглощение органической пленки в длинноволновом относительно полосы поверхностного плазмонного резонанса спектральном диапазоне (550 – 800 нм). Эффект зависит от топологии композита и достигает наибольших значений при сопоставимости толщин органической пленки с размерами плазмонных наночастиц.

Биографии авторов

Роман Анатольевич Дынич, Институт физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник лаборатории физики инфракрасных лучей

Анатолий Дмитриевич Замковец, Институт физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник лаборатории физики инфракрасных лучей

Алина Николаевна Понявина, Институт физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси, пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, доцент; главный научный сотрудник лаборатории физики инфракрасных лучей

Литература

  1. Farges J.-P. Organic conductors. Fundamentals and applications. New York : Marcel Dekker, 1994.
  2. Bohren C., Huffman D. Absorption and Scattering of Light by Small Particles. New York : Wiley, 1983.
  3. Dynich R. A., Ponyavina A. N. Effect of metallic nanoparticle sizes on the local field near their surface. J. Appl. Spectr. 2008. Vol. 75, issue 6. P. 832–838. DOI: 10.1007/s10812-009-9125-y.
  4. Mishchenko M. I., Travis L. D., Lacis A. A. Scattering, absorption and emission of light by small particles. Cambridge : Univ. Press, 2002.
  5. Astaf ʼeva L. G., Babenko V. A., Kuzmin V. A. Electromagnetical scattering in disperse media: Ingomogeneous and anisotropic particles. Berlin : Springer-Prexis, 2003.
  6. Messinger B. J., Von Raben K. U., Chang R. K., et al. Local fields atthe surface of noble-metal microsphere. Phys. Rev. B. 1981. Vol. 24, issue 2. P. 649–657. DOI: 10.1103/PhysRevB.24.649.
  7. Palik E. D. Handbook of optical constants of solid II. San Diego : Academic Press, 1991.
  8. Kreibig U., Vollmer M. Optical properties of metal clusters. Berlin : Springer, 1995.
  9. Kachan S. M., Ponyavina A. N. Spectral properties of close-packed monolayers consisting of metal nanospheres. J. Phys.: Condens. Matter. 2002. Vol. 14, No. 1. P. 103–111. DOI: 10.1088/0953-8984/14/1/309.
  10. Katarkevich V. M., Rubinov A. N., Efendiev T. Sh. Highly efficient volume hologram multiplexing in thick dye-doped jelly-like gelatin. Opt. Lett. 2014. Vol. 39, issue 15. P. 4627–4630. DOI: 10.1364/OL.39.004627.
  11. Bakhshiev N. G. Spektroskopiya mezhmolekulyarnykh vzaimodeistvii [Spectroscopy of Intermolecular Interactions]. Leningrad : Nauka, 1972 (in Russ.).
  12. Leznoff C. C., Lever A. B. P. Phthalocyanines: properties and applications : in 4 vols. Weinheim : VCH, 1996. Vol. 4.
  13. Hohnholza D., Steinbrecherb S., Hanacka M. Applications of phthalocyanines in organic light emitting devices. J. Mol. Struct. 2000. Vol. 521. P. 231–237.
  14. Itoh Eiji, Ohmori Yuji, Miyairi Keiichi. Photovoltaic properties of organic p – n junction devices consisting of phthalocyanine and n-type porphyrin deposited on an n-type TiO2 layer. Jpn. J. Appl. Phys. 2004. Vol. 43, No. 2. P. 817–821. DOI: 10.1143/JJAP.43.817.
  15. Van Flassen E., Kerp H. Explanation of the low oxigen sensitivity of thin film phthalocyanine gas sensors. Sens. Actuators B. 2003. Vol. 88. P. 329–333.
  16. Cheng W.-D., Wu D.-S., Zhang H., et al. Electronic structure and spectrum third-order nonlinear optics of the metal phthalocyanines PcM (M = Zn, Ni, Ti). Phys. Rev. B. 2001. Vol. 64, issue 12. P. 125109–125111. DOI: 10.1103/PhysRevB.64.125109.
  17. Zamkovets A. D., Ponyavina A. N., Baran L. V. [Plasmon resonanse in the planar layered silver-nickel phthalocyanine nanostructures]. Proc. of the Natl. Acad. of Sci. of Belarus. Phys.-math. ser. 2016. No. 4. P. 98–105 (in Russ.).
  18. Zamkovets A. D., Ponyavina A. N. Near-field effects on spectral properties of layered silver-copper phthalocyanine nanocomposites. J. Appl. Spectrosc. 2013. Vol. 79, issue 6. P. 908–913. DOI: 10.1007/s10812-013-9693-8.
  19. Stenzel O., Stendal A., Voigtsberger K., et al. Enhancement of the photovoltaic conversion efficiency of copper phthalocyanine thin film devices by incorporation of metal clusters. Solar Energy Mater. and Solar Cells. 1995. Vol. 37, issues 3–4. P. 337–348. DOI: 10.1016/0927-0248(95)00027-5.
  20. Aristova I., Vilkov O., Pietzsch A., et al. Morphology and electronic properties of hybrid organic-inorganic system: Ag nanoparticles embedded into CuPc matrix. Advanc. in Mater. Phys. and Chem. 2012. Vol. 2, No. 4B. P. 60–62. DOI: 10.4236/ampc.2012.24B017.
  21. Hayashi S., Kozaru K., Yamamoto K. Show more Enhancement of photoelectric conversion efficiency by surface plasmon excitation: A test with an organic solar cell. Solid State Communic. 1991. Vol. 79, issue 9. P. 763–767.
Опубликован
2019-02-03
Ключевые слова: органический полупроводник, полоса поглощения, металлические наночастицы, поверхностный плазмонный резонанс поглощения, локальное поле
Поддерживающие организации Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Белорусского республиканского  фонда фундаментальных исследований (грант № Ф16В2-003).
Как цитировать
Дынич, Р. А., Замковец, А. Д., & Понявина, А. Н. (2019). Оптические свойства гибридных плазмонных нанокомпозитов. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 25-34. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/483
Выпуск
№ 2 (2018): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика наноструктур

Copyright (c) 2018 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).