Теоретическое исследование спектров поглощения и рассеяния света гибридными металлоорганическими наночастицами

• Автор: Медведев, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор современного состояния исследований по теме диссертации
1.1. Методы расчета спектров поглощения и рассеяния света малыми частицами
1.1.1. Точное решение задачи для однородной сферы и ее обобщение на случай многослойной сферической частицы
1.1.2. Решение задачи для цилиндров и сфероидов
1.1.3. Численные методы расчета оптических свойств наноструктур
1.2. Экспериментальные исследования в области гибридных наноструктур и наноматериалов
1.2.1. Синтез и структура металлоорганических наночастиц сферической и вытянутой формы
1.2.2. Исследование спектров поглощения, люминесценции и рассеяния света наночастицами
1.3. Гибридные металлоорганические наносистемы и металлические нанооболочки
1.3.1. Свойства металлических наночастиц. Локализованные поверхностные плазмоны
1.3.2. Металлические нанооболочки с диэлектрическим ядром .
1.3.3. Молекулярные 1-агрегаты цианиновых красителей
1.3.4. Металлоорганические наносистемы различной формы и размеров
Глава 2. Эффекты плазмон-экситонного взаимодействия и размерные явления в процессах поглощения и рассеяния света

двухкомпонентными наночастицами металл/.]-агрегат
2.1. Вводные замечания
2.2. Основные формулы для расчета сечений поглощения и рассеяния света двухслойными частицами
2.2.1. Исходные выражения для коэффициентов мультипольного разложения. Вклады ТМ и ТЕ мод
2.2.2. Квазистатические выражения для сечения и дипольной поляризуемости композитной частицы
2.2.3. Диэлектрические проницаемости ядра, Л-агрегатной оболочки, органической прокладки и окружающей среды
2.3. Основные закономерности в спектрах фотопоглощения гибридных наночастиц металл/Л-агрегат
2.4. Сравнение вкладов поглощения и рассеяния света в сечение экстинкции
2.5. Анализ роли размерных эффектов
2.6. Зависимости частот гибридных мод и интенсивностей пиков поглощения от оптических констант и геометрических параметров наночастицы
2.6.1. Аналитическая модель для расчета частот гибридных мод
2.6.2. Зависимости частот гибридных мод и интенсивностей максимумов пиков фотопоглощения от силы осциллятора перехода в Л-полосе красителя
2.6.3. Зависимости положений максимумов спектральных пиков от радиуса ядра и толщины оболочки наночастицы .
2.7. Сравнение теории с экспериментом для металлических частиц (Ag, Ап, Си, А1) с Л-агрегатной оболочкой
2.8. Оценка роли нелокальных явлений
2.9. Выводы
Глава 3. Оптические свойства трехслойных металлоорганических наночастиц с внешней Л-агрегатной оболочкой
3.1. Предварительные замечания
3.2. Исходные формулы для сечений поглощения и рассеяния света трехкомпонентными частицами

3.2.1. Коэффициенты мультипольного разложения для вкладов ТМ и ТЕ мод
3.2.2. Формулы квазистатичсского приближения
3.3. Спектры поглощения и структура поля для частиц с металлическим ядром, внешней J-агрегатной оболочкой и промежуточным пассивным слоем
3.3.1. Анализ поведения спектров фотопоглощения при изменении геометрических параметров частицы
3.3.2. Сравнение результатов теории с экспериментом
3.4. Спектры и структура поля в металлических нанобо-лочках с диэлектрическим ядром, покрытых внешним слоем молекулярных J-агрегатов
3.5. Металлические наноболочки с полупроводниковым ядром и частицы полупроводник/металл/Л-агрегат
3.5.1. Особенности спектров фотопоглощения гибридных наночастиц с высоким показателем преломления ядра . . .
3.5.2. Резонансы Ми в наношарах с кремниевым ядром и металлической оболочкой
3.6. Выводы
Глава 4. Изучение влияния формы гибридных наночастиц на их
спектральные характеристики
4.1. Расчет и анализ спектров экстинкции сфероидальных наночастиц в квазистатическом приближении
4.1.1. Поведение спектров фотопоглощения серебряных наночастиц сфероидальной формы при изменении величины отношения длин большой и малой полуосей
4.1.2. Влияние плазмон-экситонного взаимодействия в наночастицах мсталл/Л-агрсгат на спектры экстинкции сфероидальных наночастиц
4.2. Расчет сечений поглощения и рассеяния света гибридными наночастицами сфероидальной, цилиндрической
и гантелеобразной формы методом FDTD
4.2.1. Адаптация метода FDTD для расчета оптических
свойств композитных наноструктур

скольку толщина монослоя используемых красителей приблизительно 1 нм, то средние диаметры композитных наночастиц, Ag/J-aгpeгaт и Аи/Л-агрегат, оказываются 8 нм и 5 нм соответственно.

2 3 4 5 в 7 в 9 10 11 12 диаметр ядра часпшы, нм
Рис. 1.6: Изображения композитных металлоорганических наночастиц с серебряным (а) и золотым (б) ядрами, полученные сотрудниками отдела люминесценции ФИАН в совместной работе [60) с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ТЕМ) и построенные по по ним гистограммы, задающие функции распределения частиц по размерам.
Для того, чтобы правильно описать оптические свойства металлов, используемых при синтезе композитной системы, необходимо определить структуру их кристаллической решетки. Это можно осуществить с помощью методов рентгеноструктурного анализа [61] и дифракции быстрых электронов [62].
В работе [60] с целью определения структуры кристаллической решетки ядра синтезированных гибридных наночастиц были проведены исследования дифракции на них электронов при энергии 1 кэВ. Данные по дифракции электронов указывают на то, что упаковка атомов в наночастицах Ag/TC и Аи/ТС соответствует стандартной кристаллической решетке серебра и золота - кубической гранецентрированной. Это дает основания считать, что структуры серебряного или золотого ядер композитных наночастиц являются такими же, как и у соответствующего серебряного или золотого "объемного" образца.
1.2.2. Исследование спектров поглощения, люминесценции и рас-
Спектры поглощения гибридных и чисто металлических наночастиц серебра и золота в коллоидных растворах, а также молекулярных Л-агрегатов органических красителей можно исследовать с помощью различных спектрометрических техник и устройств. Например, в работе [60] такие спектры были получены с помощью спектрометра ЭРЕССЖО М40. Соответствующие результаты измерений для гибридных наночастиц Ag/TC и Аи/ТС приведены
сеяния света наночастицами