Спектральная зависимость максимальной эффективности ближнего поля для наночастиц золота

СПЕКТРАЛЬНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ МАКСИМАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ БЛИЖНЕГО ПОЛЯ ДЛЯ НАНОЧАСТИЦ ЗОЛОТА

,

Институт физической химии и электрохимии им. РАН

Москва, Ленинский проспект, 31, корп. 4

*****@***ru

В работе представлены результаты исследования поведения максимальной эффективности ближнего поля сферических золотых наночастиц в широком диапазоне длин волн от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной области. Расчеты, выполненные с помощью теории Ми [1] для сферических наночастиц, показывают, что при заданных длине волны падающего излучения l и показателе преломления окружающей среды n зависимости эффективности ближнего поля Qnf [2] от радиуса наночастиц R имеют вид гладких кривых с максимумом.

Рис. 1. Экстремальные зависимости Qnf(R) для двух длин волн: 480 нм (а) и 550 нм (б). Из их сравнения видно, что наблюдается инверсия кривых относительно показателя преломления окружающей среды.

Следовательно, располагая достаточным количеством таких кривых (см. рис. 1), можно найти как сами максимальные величины эффективности ближнего поля Qnfmax(l), так и соответствующие им значения радиуса частиц Rmax(l). Графики функций Qnfmax(l) и Rmax(l) были построены в диапазоне длин волн от 320 до 1064 нм (рис. 2). В качестве типичных сред, окружающих золотые наночастицы, были выбраны воздух (n = 1), вода (n = 1.33) и модельное органическое соединение с n = 1.5. В расчетах использовали оптические постоянные золота, полученные в [3].

Любопытная особенность функций Qnfmax(l, n) состоит в том, что в интервале длин волн от 320 до » 500 нм их наибольшие численные значения достигаются для n = 1, наименьшие - для n = 1.5, промежуточные - для n = 1.33. При li @ 506 нм для всех выбранных n величины Qnfmax становятся близкими друг другу, т. е. в этой точке выполняется условие ¶Qnfmax/¶n|li » 0. Далее, во всем изученном спектральном диапазоне имеют

Рис. 2. Зависимости Qnfmax(l) (а) и Rmax(l) (б). На левом графике видна точка инверсии, а на правом - локальные минимумы Rmax.

место прямо противоположные неравенства, т. е. Qnfmax(l,1.5) > Qnfmax(l,1.33) > Qnfmax(l,1). Для всех рассмотренных случаев графические зависимости Qnfmax(l,n) представляют собой асимметричные кривые резонансного типа, причем с увеличением показателя преломления окружающей среды положения максимумов этих кривых изменяются незначительно: lmax = 541 нм (n = 1), lmax = 551 нм (n = 1.33) и lmax = 559 нм (n = 1.5). В то же время, сами экстремальные значения Qnfmax существенно возрастают: Qnfmax = 43.5 (n = 1), 83 (n = 1.33) и 121 (n = 1.5). Следует также отметить достаточно заметные различия значений Qnfmax на противоположных концах рассматриваемого интервала длин волн. Так, для l = 320 нм имеем Qnfmax » 10-12, а для l = 1064 нм Qnfmax » 20-30.

Для поведения функций Rmax(l,n) характерны следующие закономерности. Во-первых, Rmax(l,1) > Rmax(l,1.33) > Rmax(l,1.5) для любых l. Во-вторых, все три графика представляют собой симбатно изменяющиеся кривые, имеющие по одному явно выраженному минимуму при l = 503, 503 и 512 нм, соответственно. При этом Rmax(503,1.0) » 43 нм, Rmax(503,1.33) » 16 нм, а Rmax(503,1.5) » 5 нм. В-третьих, при бóльших значениях l во всем рассматриваемом спектральном диапазоне наблюдается устойчивый рост параметра Rmax(l,n). Для n = 1.5 изменение l от 320 до 1064 нм приводит к возрастанию значения Rmax от 15 до 85 нм; для n = 1.33 Rmax увеличивается от 20 до 100 нм; при n = 1 эта же величина изменяется от 30 до 140 нм.

Таким образом, проведенные расчеты позволили выявить ряд закономерностей, присущих поведению функций Qnfmax(l,n) и Rmax(l,n) в достаточно широком практически значимом спектральном диапазоне. Полученные результаты представляют, на наш взгляд, существенный интерес как с точки зрения развития фундаментальных исследований в области наноплазмоники [4], так и при решении ряда прикладных, в частности, медико-биологических задач.

Литература:

1. оглощение и рассеивание света малыми частицами М.: Мир, 1986.

2. Messinger B. J., von Raben K. U., Chang R. K., Barber P. W. // Phys. Rev. B. 1981. V. 24. P. 649.

3. Johnson P. B., Christy R. W. // Phys. Rev. B. 1972. V. 6. P. 4370.

4. Климов . М.: Физматлит, 2010.

, научный сотрудник

, научный сотрудник

Стучебрюков, 64 г., *****@***ru, 8-495-42-151-10 (дом),

8-925-05-164-07 (моб).

Вид доклада стендовый.