Frequency shifts of surface plasmon resonances in calculating the absorption coefficient of a composite based on bimetallic 1D-systems

А.О. Коваль

doi:10.15330/pcss.24.2.290-297

Автор(и)

А.О. Коваль Національний університет "Запорізька політехніка", Запоріжжя, Україна, Науково-виробничий комплекс "Іскра", Запоріжжя, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.24.2.290-297

Ключові слова:

біметалічний нанодріт, поверхневий плазмонний резонанс, поляризовність, діелектрична функція, коефіцієнт поглинання

Анотація

В роботі проаналізовано поглинання електромагнітного випромінювання композитом на основі біметалічних нанодротів. З використанням теорії Друде-Лоренца одержано співвідношення для частотних залежностей поляризовності, дійсної та уявної частин діелектричної функції шаруватих 1D-систем. Показано, що структура у вигляді металевого ядра, покритого шаром іншого металу, призводить до розщеплення та появи двох максимумів у частотній залежності коефіцієнту поглинання. Величина і положення максимумів визначаються складом біметалічних нанодротів та об’ємним вмістом металів. Вплив розмірності систем оцінюється шляхом порівняння частотних залежностей коефіцієнту поглинання композиту на основі біметалічних нанодротів та наночастинок. Розрахунки проведені для нанодротів Ag@Au та Au@Ag, занурених у тефлон.

Посилання

N.L. Dmitruk, S.Z. Malinich, Surface Plasmon Resonances and Their Manifestation in the Optical Properties of Nanostructures of Noble Metals, Ukrainian Journal of Physics, 9(1), 3 (2014); https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2019664.

N. Lawrence, L. Dal Negro, Light scattering, field localization and local density of states in co-axial plasmonic nanowires, Opt. Exp. 18(15), 16120 (2010); https://doi.org/10.1364/OE.18.016120.

K. Mitamura, T. Imae, Functionalization of Gold Nanorods Toward Their Applications, Plasmonic 4(1), 23(2009); https://doi.org/10.1007/s11468-008-9073-z.

J. Zhu, S. Zhao, J.-W. Zhao, J.-J. Li, Dielectric wall controlled resonance light scattering of coated long gold nanowire, Curr. Nanosci. 7(3), 377 (2011); https://doi.org/10.2174/157341311795542480.

E. Prodan, C. Radloff, N.J. Halas, P. Nordlander, A Hybridization Model for the Plasmon Response of Complex Nanostructures, Science 302(5644), 419 (2003); https://doi.org/10.1126/science.1089171.

H. Fu, X. Yang, X. Jiang, A. Yu, Bimetallic Ag–Au Nanowires: Synthesis, Growth Mechanism, and Catalytic Properties, Langmuir 29(23), 7134 (2013); https://doi.org/10.1021/la400753q.

S. E. Hunyadia, C. J. Murphy, Bimetallic silver–gold nanowires: fabrication and use in surface-enhanced Raman scattering, J. Mater. Chem. 16 (40), 3929 (2006); https://doi.org/10.1039/B607116C.

J. Zhu, Surface Plasmon Resonance from Bimetallic Interface in Au–Ag Core–Shell Structure Nanowires, Nanoscale Res. Lett., 4 (9), 977 (2009); https://doi.org/10.1007/s11671-009-9344-4.

L. Jin, Y. Sun, L. Shi, C. Lia, Y. Shena, PdPt Bimetallic Nanowires with Efficient Oxidase Mimic Activity for the Colorimetric Detection of Acid Phosphatase in Acidic Media, J. Mater. Chem. B 7 (29), 4561 (2019); https://doi.org/10.1039/C9TB00730J.

X. Cao, N. Wang, Y. Han, C. Gao, Y. Xu, M. Li, Y. Shao, PtAg bimetallic nanowires: Facile synthesis and their use as excellent electrocatalysts toward low-cost fuel cells, Nano Energy 12, 105 (2015); https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2014.12.020.

Q. Fu, D.G. Zhang, M.F. Yi, X.X. Wang, Y.K. Chen, P. Wang, H. Ming, Effect of shell thickness on a Au–Ag core–shell nanorods-based plasmonic nano-sensor, Journal of Optics 14 (8), 085001 (2012); https://doi.org/10.1088/2040-8978/14/8/085001.

W. Eberhardt, Clusters as new materials, Surface Science 500 (1-3), 242 (2002); https://doi.org/10.1016/S0039-6028(01)01564-3.

K.Chatterjee, S.Basu, D.Chakravorty, Plasmon resonance absorption in sulfide-coated gold nanorods, Journal of Materials Research, 21 (1), 34 (2006); https://doi.org/10.1557/jmr.2006.0032.

P.M. Tomchuk, D.V. Butenko, Dependences of Dipole Plasmon Resonance Damping Constants on the Shape of Metallic Nanoparticles, Ukrainian Journal of Physics, 60 (10), 1042 (2015); https://doi.org/10.15407/ujpe60.10.1042.

Neil W. Ashcroft, N. David Mermin. Solid state physics (Saunders College Publishing, 1976).

P. B. Johnson, R. W. Christy, Optical Constants of the Noble Metals, Physical Review B 6 (12), 4370 (1972); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.6.4370.

I.I. Shaganov, T.S.Perova, K. Berwick, The effect of the local field and dipole-dipole interactions on the absorption spectra of noble metals and the plasmon resonance of their nanoparticles, Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications 27, 24 (2017); https://doi.org/10.1016/j.photonics.2017.09.003.

A.V. Korotun, A.A. Koval’, I.N. Titov, Optical Absorption of a Composite Based on Bilayer Metal–Dielectric Spherical Nanoparticles, J. Appl. Spectrosc. 87 (2), 240 (2020); https://doi.org/10.1007/s10812-020-00991-7.

N.I. Grigorchuk, P.M. Tomchuk, Optical and transport properties of spheroidal metal nanoparticles with account for the surface effect, Phys. Rev. B 84 (8), 085448 (2011); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.085448.