Перейти до вмісту
Мікросистеми, Електроніка та Акустика
ISSN 2523-4447 · e‑ISSN 2523-4455 Відкритий доступ · CC BY-SA 4.0
Т. 29 · № 3 · 2024 жов 26, 2024 Мікросистеми та фізична електроніка

Взаємодія срібних наночастинок з підкладкою в умовах плазмонного резонансу

YM
Yurii I. Mysiuk Відповідальний Національний університет «Львівська політехніка» Україна
YS
Yurii B. Smachylo Національний університет «Львівська політехніка» Україна
OI
Oleksandr V. Ilin Національний університет «Львівська політехніка» Україна
TB
Tetiana Oleksandrivna Bulavinets Національний університет "Львівська політехніка" Україна
IY
Iryna Y. Yaremchuk Національний університет «Львівська політехніка» Україна
Сторінки303929.1-303929.6 Опублікованожов 26, 2024
PDF
ТОМ 29 · № 3 · 2024 Переглянути випуск

Анотація

Взаємодія між наночастинками металів і підкладками в умовах плазмонного резонансу відіграє вирішальну роль у різних оптичних застосуваннях. У цій роботі ми досліджуємо вплив матеріалу підкладки на оптичний відгук наночастинок срібла в умовах поверхневого плазмонного резонансу. Використовуючи теоретичне моделювання на основі квазістатичного дипольного наближення, ми дослідили, як діелектрична проникність підкладки впливає на спектри перерізу екстинкції наночастинок срібла в залежності від розміру наночастинок і відстані від поверхні підкладки. Проведені розрахунки показують значні зсуви піку екстинкції та збільшення перерізу екстинкції при розгляді різних матеріалів підкладок, зокрема целюлозу, оксид індію та олова і срібло. Було виявлено, що підкладки з більшою діелектричною проникністю спричиняють більший зсув піку екстинкції в бік довших довжин хвиль і призводять до збільшення значень перерізу екстинкції на робочій довжині хвилі. Більше того, було встановлено, що орієнтація зовнішнього електричного поля відносно поверхні підкладки впливає на величину цих зсувів. Результати дослідження показують, що хоча зміна розміру наночастинок має мінімальний вплив на положення піку екстинкції, збільшення розміру наночастинок значно збільшує максимальні значення перерізу екстинкції. Крім того, зміна відстані між наночастинками і поверхнею підкладки спричиняє зсуви в спектрах екстинкції, причому більші зсуви спостерігаються для підкладок з більшими значеннями діелектричної проникності. Ці результати дають цінну інформацію для проектування та оптимізації плазмонних структур для різних оптоелектронних застосувань. Розуміння взаємодії наночастинок з підкладкою та їх оптичні властивості допомагає прогнозувати оптичні відгуки і розробляти оптичні структури для покращення продуктивності їх використання. Загалом, це дослідження підкреслює важливість вибору матеріалу підкладки та взаємодії наночастинок з підкладкою в інженерних плазмонних системах для передових оптичних застосувань, прокладаючи шлях до розробки ефективних і оптимізованих оптоелектронних пристроїв і сенсорів.

Ключові слова

#наночастинки срібла #переріз екстинкції #підкладка #локалізований поверхневий плазмонний резонанс

Посилання

  1. J. Boken, P. Khurana, S. Thatai, D. Kumar, and S. Prasad, “Plasmonic nanoparticles and their analytical applications: A review”, Applied Spectroscopy Reviews, vol. 52, no. 9, pp. 774–820, Mar. 2017. DOI: https://doi.org/10.1080/05704928.2017.1312427
  2. A. Saleem, I. Afzal, Y. Javed, and Y. Jamil, “Fundamentals of light–matter interaction”, in Modern Luminescence from Fundamental Concepts to Materials and Applications, Elsevier, 2023, pp. 185–218. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-323-89954-3.00009-0
  3. D. F. Carvalho, M. A. Martins, P. A. Fernandes, and M. R. P. Correia, “Coupling of plasmonic nanoparticles on a semiconductor substrate a modified discrete dipole approximation method”, Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 24, no. 33, pp. 19705–19715, Jan. 2022. DOI: https://doi.org/10.1039/D2CP02446B .
  4. H. Jia, “Metallic Plasmonic Nanostructure Arrays for Enhanced Solar Photocatalysis”, Laser & Photonics Reviews, vol. 17, no. 5, Feb. 2023. DOI: https://doi.org/10.1002/lpor.202200700
  5. B. D. Dana, J. Boyu, J. Lin, L. Li, A. N. Koya, and W. Li, “Hybrid Plasmonic Modes for Enhanced Refractive Index Sensing”, Advanced Sensor Research, vol. 2, no. 12, Jul. 2023. DOI: https://doi.org/10.1002/adsr.202300066
  6. C. Serafinelli, A. Fantoni, E. C. B. A. Alegria, and M. Vieira, “Plasmonic Metal Nanoparticles Hybridized with 2D Nanomaterials for SERS Detection: A Review”, Biosensors, vol. 12, no. 4, p. 225, Apr. 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/bios12040225
  7. M. Ivanchenko and H. Jing, “Smart Design of Noble Metal–Copper Chalcogenide Dual Plasmonic Heteronanoarchitectures for Emerging Applications: Progress and Prospects”, Chemistry of Materials, vol. 35, no. 12, pp. 4598–4620, May 2023. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c00346
  8. H. Zhang, J. Zheng, X. Xia, L. Shao, and J. Wang, “Plasmonic nanomaterials: noble metals and beyond”, in Plasmonic Materials and Metastructures, Elsevier, 2024, pp. 35–72. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85379-8.00002-2
  9. C. Yao, W. Yan, R. Dong, S. Dou, and L. Yang, “Superlattice assembly strategy of small noble metal nanoparticles for surface-enhanced Raman scattering”, Communications Materials, vol. 5, no. 1, Apr. 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s43246-024-00506-3
  10. R. Lesyuk, E. Klein, I. Yaremchuk, and C. Klinke, “Copper sulfide nanosheets with shape-tunable plasmonic properties in the NIR region”, Nanoscale, vol. 10, no. 44, pp. 20640–20651, Jan. 2018. DOI: https://doi.org/10.1039/C8NR06738D
  11. M. T. James, S. Mandal, N. K. Sebastian, P. Mishra, R. Ganesan, and P. S. A. Kumar, “Probing electron-phonon and phonon-phonon coupling in type-II Dirac semi-metal NiTe via temperature-dependent Raman spectroscopy”, Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 35, no. 12, p. 125701, Jan. 2023. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-648X/acb18a
  12. B. Mekuye, “The Impact of Size on the Optical Properties of Silver Nanoparticles Based on Dielectric Function”, in Nanomaterials and Nanostructures - Annual Volume 2024 [Working Title], IntechOpen, 2023. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.113976
  13. S. Melnykov, T. Bulavinets, P. Stakhira, and I. Yaremchuk, Information and communication technologies, electronic engineering, vol. 3, no. 2, pp. 187–193, Sep. 2023. DOI: https://doi.org/10.23939/ictee2023.02.187
  14. H. Zhang, T. Zhu, and M. Li, “Quantitative Analysis of the Shape Effect of Thermoplasmonics in Gold Nanostructures”, The Journal of Physical Chemistry Letters, vol. 14, no. 16, pp. 3853–3860, Apr. 2023. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c00632
  15. L. G. Rodriguez Barroso, “Triangular Silver Nanoparticles Synthesis: Investigating Potential Application in Materials and Biosensing”, Applied Sciences, vol. 13, no. 14, p. 8100, Jul. 2023. DOI: https://doi.org/10.3390/app13148100
  16. S. Dalal and K. K. Sadhu, “Supracube engineering of Cucurbit[8]uril stabilized silver cube building blocks for organized host-guest chemistry”, Dyes and Pigments, vol. 224, p. 112019, May 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2024.112019
  17. Y. Tiandho, N. L. W. Septiani, G. Gumilar, R. Jonuarti, and B. Yuliarto, “High-Performance Refractive Index-Based Sensor Using Ellipsoid Ag–Au Nanoparticles”, IEEE Sensors Journal, vol. 23, no. 9, pp. 9390–9401, May 2023. DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2022.3233905
  18. C. Sharma, J. Katyal, and R. Singh, “Aluminum Nano Stars with Localized Surface Plasmon Resonance andField Enhancement”, Nanoscience & Nanotechnology-Asia, vol. 13, no. 4, Aug. 2023. DOI: https://doi.org/10.2174/2210681213666230507181111
  19. Z. M. Sherman, “Plasmonic Response of Complex Nanoparticle Assemblies”, Nano Letters, vol. 23, no. 7, pp. 3030–3037, Mar. 2023. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00429
  20. T. Hutter, S. R. Elliott, and S. Mahajan, “Interaction of metallic nanoparticles with dielectric substrates: effect of optical constants”, Nanotechnology, vol. 24, no. 3, p. 035201, Dec. 2012. DOI: https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/3/035201
  21. P. Spinelli, C. van Lare, E. Verhagen, and A. Polman, “Controlling Fano lineshapes in plasmon-mediated light coupling into a substrate”, Optics Express, vol. 19, no. S3, p. A303, Apr. 2011. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.19.00A303
  22. S. Lee, Q. Zhao, S. Lee, M. Haddadnezhad, I. Jung, and S. Park, “Plasmonic Nanoantenna: Enhanced Near-Field Focusing with Branched Gold Dual-Rim Nanorings”, The Journal of Physical Chemistry C, vol. 128, no. 17, pp. 7202–7210, Apr. 2024. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c01170
  23. O. Saison-Francioso, G. Lévêque, A. Akjouj, and Y. Pennec, “Theoretical Study of Gold Nanoparticles Randomly Dispersed on a Dielectric/Gold Substrate”, ACS Omega, vol. 8, no. 24, pp. 21493–21505, Jun. 2023. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.3c00342
  24. M. Aftab, M. S. Mansha, T. Iqbal, and M. Farooq, “Surface Plasmon Excitation: Theory, Configurations, and Applications”, Plasmonics, vol. 19, no. 4, pp. 1701–1719, Nov. 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s11468-023-02095-2
  25. A. Pinchuk, A. Hilger, G. von Plessen, and U. Kreibig, “Substrate effect on the optical response of silver nanoparticles”, Nanotechnology, vol. 15, no. 12, pp. 1890–1896, Nov. 2004. DOI: https://doi.org/10.1088/0957-4484/15/12/036
  26. C. F. Bohren and D. R. Huffman, "Absorption and Scattering of Light by Small Particles," 1st ed. Wiley, 1998. DOI: https://doi.org/10.1002/9783527618156
  27. A. Galiautdinov and Y. Zhao, “Plasmonic properties of composition graded spherical nanoparticles in quasi-static approximation”, Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 56, no. 5, p. 055102, Jan. 2023. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6463/acad8a
  28. N. Sultanova, S. Kasarova, and I. Nikolov, “Dispersion Properties of Optical Polymers”, Acta Physica Polonica A, vol. 116, no. 4, pp. 585–587, Oct. 2009. DOI: https://doi.org/10.12693/APhysPolA.116.585
  29. T. A. F. König, “Electrically Tunable Plasmonic Behavior of Nanocube–Polymer Nanomaterials Induced by a Redox-Active Electrochromic Polymer”, ACS Nano, vol. 8, no. 6, pp. 6182–6192, Jun. 2014. DOI: https://doi.org/10.1021/nn501601e
  30. V. Fitio, I. Yaremchuk, O. Vernyhor, and Y. Bobitski, “Resonance of surface-localized plasmons in a system of periodically arranged gold and silver nanowires on a dielectric substrate”, Applied Nanoscience, vol. 8, no. 5, pp. 1015–1024, Mar. 2018. DOI: https://doi.org/10.1007/s13204-018-0686-z
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

Механічно перелаштовувана антена з іонно-полімерним металевим композитом

Artem Serhiyovych Chernov, Oleksii O. Malyshok, Victor Anatoliiovych Kazmirenko, Irina Petrivna Holubeva, Yuriy Vasylovych Prokopenko, Guy A. E. Vandenbosch

Розглядається актуальна задача створення антен для сучасних бездротових систем, здатних до роботи у різних частотних діапазонах. Зазвичай для перелаштування частоти…

#структура з відхиленням електрода #фільтена #перелаштування частоти #актюатор ІМПК
с. 343504.1-343504.6
10.20535/2523-4455.mea.343504

Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі

Andrii Viktorovych Melnyk, Oleh Mykolaiovych Bevza, Anatolii Ivanovych Kuzmichiev

У статті розглянуто роботу генератора Маркса з навантаженням у вигляді від'ємного коронного розряду в повітрі за атмосферного тиску та побудовано його електричну модель.…

#коронний розряд #генератор Маркса #висока напруга #іонізація
с. 324599.1-324599.8
10.20535/2523-4455.mea.324599

Моделювання тліючого розряду в коаксіальній системі електродів

Olha Volodymyrivna Andriienko, Serhii Volodymyrovych Sydorenko, Serhii Oleksiiovych Maikut, Leonid Yuriiovych Tsybulskyi, Anatoly Ivanovich Kuzmichev

Виконано моделювання тліючого розряду в циліндричній коаксіальній системі з діелектричними торцями електродів в гідродинамічному дрейфово-дифузному наближенні. Параметри…

#тліючий розряд #дифузійні моделі #моделювання плазми
с. 309513.1-309513.7
10.20535/2523-4455.mea.309513

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Схожі статті

1-10 з 27

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.