Учёные рассказали о применении алюминия в наноплазмонике

Учёные Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии Сибирского федерального университета сообщили в высокорейтинговом международном журнале Physical Review B, входящем в группу Nature Index, о возможности подавления обратного рассеяния света (так называемый эффект Керкера) при взаимодействии электромагнитного излучения с плазмонным материалом в виде двумерного массива наночастиц алюминия.

Публикация в журнале Physical Review B

Как показано в статье, за реализацию предсказанного оптического эффекта ответственна конструктивная интерференция отдельных мод электрического или магнитного поля и мод решетки (аномалий Рэлея). Исследователям впервые удалось показать, что полное подавление обратного рассеяния света может наблюдаться даже в плазмонных материалах не только в узком спектральном диапазоне, как в классических плазмонных материалах (золото, серебро), но в очень широком диапазоне длин волн, в том числе в ультрафиолетовом и видимом спектральных диапазонах путем простого изменения геометрии решеток (радиуса наночастиц) и расстояния между ними.

«Ранее эффект Керкера наблюдался в различных гибридных диэлектрических и металл-диэлектрических наноструктурах с сильными электрическими и магнитными модами. Существование обеих этих мод является необходимым условием для проявления эффекта Керкера. В классических плазмонных материалах магнитные моды подавлены, что ограничивает использование классических плазмонных наноструктур. Для преодоления этого ограничения мы впервые исследовали возможность существования эффекта Керкера в периодическом массиве наночастиц альтернативного и дешевого плазмонного материала, – алюминия и обнаружили существенно новый и практически важный эффект. При этом стоит сказать, что для одиночной частицы алюминия подавление рассеяния света назад неосуществимо, то есть важен не только материал, но и его особая наноструктура», — рассказал старший научный сотрудник Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии Валерий Герасимов.

Сотрудники Центра численно смоделировали взаимодействие внешнего электромагнитного поля с двумерной решеткой наночастиц алюминия с заданными геометрическими размерами (радиус частиц, период структуры вдоль одной или другой оси) и исследовали конфигурации электрического и магнитного полей, а также спектры пропускания такой системы. Именно в спектрах пропускания двумерного массива обнаружилось подавление обратного рассеяния света – эффект Керкера.

«Ещё несколько десятилетий назад теоретически было предсказано, что упорядоченные периодические структуры из плазмонных наночастиц при взаимодействии с электромагнитным излучением могут демонстрировать узкие оптические резонансы в спектрах пропускания, добротность которых намного выше по сравнению с одиночными наночастицами, из которых состоит периодическая структура», — пояснил ведущий научный сотрудник Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии, докторфиз.-мат. наук Сергей Карпов.

«Такие оптические особенности связаны с гибридизацией спектра одиночной плазмонной частицы с колебаниями, распространяющимися по решеточной структуре. Эти решеточные резонансы были исследованы в широком диапазоне периодических наноструктур с различными типами элементарных ячеек: одиночных или парных нанодисков, цилиндров со структурой ядро-оболочка, димеров и более сложных конфигураций», — рассказал старший научный сотрудник Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии Александр Ершов.

На сегодняшний день уже стало очевидно, что периодические массивы наночастиц могут применяться как для прикладных, так и для исследовательских целей: например, в инфракрасной спектроскопии, узкополосном поглощении света, сенсорике, лазерах и флуоресценции, телекоммуникации и узкополосной передаче информации – везде, где требуется манипулирование потоками света. Важно отметить, что традиционные материалы наноплазмоники – золото и серебро – постепенно уступают пальму первенства другим альтернативным плазмонным материалам, например, проводящим оксидам (AZO, GZO, ITO), нитриду титана или вышеупомянутому алюминию.

Интерес, проявленный специалистами Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии СФУ к этому материалу, обусловлен тем, что плазмонный резонанс алюминия (в отличие от серебра и золота) может быть расположен в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Эта особенность может быть использована, например, в фотокатализе и для изучения органических и биологических систем, проявляющих сильное УФ-поглощение. Кроме того, алюминий относительно дёшев и доступен, что открывает широкие возможности для изготовления и массового производства в таких перспективных областях, как цветная печать, фотоэлектрика, термоплазмоника, голография.

«Современные потребности научно-исследовательского поиска в области перспективных материалов ориентированы на возможность проявления такими материалами уникальных физических свойств в заданном диапазоне, простоту изготовления новых устройств на их основе и коммерческие перспективы. Как мы показали в нашей работе новым многообещающим материалом наноплазмоники, помимо традиционных золота и серебра может стать алюминий, в котором проявляется весьма красивый и практически значимый эффект Керкера», — пояснил руководитель Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии СФУ Сергей Полютов.

Источник: Пресс-служба СФУ

Вы можете отметить интересные вам фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.

Помог ли вам материал?
3    0