Взаємодія срібних наночастинок з підкладкою в умовах плазмонного резонансу
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
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.
Блок інформації про статтю
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
Посилання
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
