Расчет плазмонов с переносом заряда в одномерных и двумерных периодических системах

Фёдоров А.С., Еремкин Е.В., Герасимов В.С.

Ссылка для цитирования:

Фёдоров А.С., Еремкин Е.В., Герасимов В.С. Расчет плазмонов с переносом заряда в одномерных и двумерных периодических системах // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 11. С. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-11-3-11

Fedorov A.S., Eremkin E.V., Gerasimov V.S. Calculation of charge transfer plasmons in one-dimensional and two-dimensional periodic systems [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 11. P. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-11-3-11

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Одномерные и двумерные периодические структуры наночастиц, соединенные проводящими мостами (линкерами). Цель работы. Создание модели для расчета свойств плазмонов с переносом заряда в одномерных и двумерных периодических системах металлических наночастиц. Метод. Модифицированный для периодических систем гибридный квантово-классический подход. Основные результаты. Модифицированная модель применена к двум системам периодических металлических наночастиц, связанных проводящими мостами. Продемонстрировано, что эти плазмонные частоты лежат в инфракрасном диапазоне спектра. Практическая значимость. Предложенная гибридная модель позволяет рассчитывать плазмонные свойства сложных периодических систем связанных металлических наночастиц для применения в различных детекторах.

Ключевые слова:

плазмоны, плазмоны с переносом заряда, наночастицы, периодическая система, проводящие линкеры

Благодарность:

исследование поддержано Российским научным фондом, Соглашение № 23-12-20007, а также Правительством Красноярского края и Красноярским краевым фондом поддержки научной и научно-технической деятельности, Соглашение № 256

Коды OCIS: 250.5403, 160.4236

Список источников:

1. Cheng Y., Sun M. Unified treatment for photoluminescence and scattering of coupled metallic nanostructures: I. Two-body system // New J. Phys. 2022. V. 24. № 3. P. 033026. https://doi.org/10.1088/1367-2630/ ac57e9
2. Cao Y., Sun M. Tip-enhanced Raman spectroscopy // Rev. in Phys. 2022. V. 8. P. 100067. https://doi.org/10.1016/j.revip.2022.100067
3. Wen F., Zhang Y., Gottheim S., et al. Charge transfer plasmons: Optical frequency conductances and tunable infrared resonances // ACS Nano. 2015. V. 9. № 6. P. 6428–6435. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b02087
4. Koya A.N., Lin J. Charge transfer plasmons: Recent theoretical and experimental developments // Appl. Phys. Rev. 2017. V. 4. № 2. P. 021104. https://doi.org/10.1063/1.4982890
5. Zhu W., Esteban R., Borisov A.G., et al. Quantum mechanical effects in plasmonic structures with subnanometre gaps // Nature Commun. 2016. V. 7. № 1. P. 11495. https://doi.org/10.1038/ncomms11495
6. Savage K.J., Hawkeye M.M., Esteban R., et al. Revealing the quantum regime in tunnelling plasmonics // Nature. 2012. V. 491. № 7425. P. 574–577. https://doi.org/10.1038/nature11653
7. Scholl J.A., García-Etxarri A., Koh A.L., et al. Observation of quantum tunneling between two plasmonic nanoparticles // Nano Lett. 2013. V. 13. № 2. P. 564–569. https://doi.org/10.1021/nl304078v
8. Wiener A., Duan H., Bosman M., et al. Electron-energy loss study of nonlocal effects in connected plasmonic nanoprisms // ACS Nano. 2013. V. 7. № 7. P. 6287–6296. https://doi.org/10.1021/nn402323t
9. Gu J., Singh R., Liu X., et al. Active control of electromagnetically induced transparency analogue in terahertz metamaterials // Nature Commun. 2012. V. 3. № 1. P. 1151. https://doi.org/10.1038/ncomms2153
10. Large N., Abb M., Aizpurua J., et al. Photoconductively loaded plasmonic nanoantenna as building block for ultracompact optical switches // Nano Lett. 2010. V. 10. № 5. P. 1741–1746. https://doi.org/10.1021/nl1001636
11. Pérez-González O., Zabala N., Borisov A.G., et al. Optical spectroscopy of conductive junctions in plasmonic cavities // Nano Lett. 2010. V. 10. № 8. P. 3090–3095. https://doi.org/10.1021/nl1017173
12. Koya A.N., Lin J. Bonding and charge transfer plasmons of conductively bridged nanoparticles: The effects of junction conductance and nanoparticle morphology // J. Appl. Phys. 2016. V. 120. № 9. P. 093105. https://doi.org/10.1063/1.4962133
13. Li L., Wang Z., Lu Y., et al. DNA-assisted synthesis of ortho-nanodimer with sub-nanoscale controllable gap for SERS application // Biosensors and Bioelectronics. 2021. V. 172. P. 112769. https://doi.org/10.1016/ j.bios.2020.112769
14. Rossi T.P., Zugarramurdi A., Puska M.J., et al. Quantized evution of the plasmonic response in a stretched nanorod // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 115. № 23. P. 236804. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.236804
15. Han J., Wang M., Hu Y., et al. Conducting polymernoble metal nanoparticle hybrids: Synthesis mechanism application // Progress in Polymer Sci. 2017. V. 70. P. 52–91. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci. 2017.04.002
16. Liao J., Blok S., van der Molen S.J., et al. Ordered nanoparticle arrays interconnected by molecular linkers: Electronic and optoelectronic properties // Chem. Soc. Rev. 2015. V. 44. № 4. P. 999–1014. https://doi.org/10.1039/C4CS00225C
17. Reeler N.E.A., Lerstrup K.A., Somerville W., et al. Gold nanoparticles assembled with dithiocarbamateanchored molecular wires // Sci. Rep. 2015. V. 5. № 1. P. 15273. https://doi.org/10.1038/srep15273
18. Fontana L., Bassetti M., Battocchio C., et al. Synthesis of gold and silver nanoparticles functionalized with organic dithiols // Colloids and Surfaces A: Physicochem. and Eng. Aspects. 2017. V. 532. P. 282–289. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.05.005
19. Fratoddi I., Matassa R., Fontana L., et al. Electronic properties of a functionalized noble metal nanoparticles covalent network // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. № 33. P. 18110–18119. https://doi.org/10.1021/acs. jpcc.7b07176
20. Jiang N., Zhu T., Hu Y. Competitive aptasensor with gold nanoparticle dimers and magnetite nanoparticles for SERS-based determination of thrombin // Microchimica Acta. 2019. V. 186. № 12. P. 747. https://doi.org/10.1007/s00604-019-3787-9
21. Willets K.A., Wilson A.J., Sundaresan V., et al. Superresolution imaging and plasmonics // Chem. Rev. 2017. V. 117. № 11. P. 7538–7582. https://doi.org/10.1021/ acs. chemrev.6b00547
22. Linic S., Aslam U., Boerigter C., et al. Photochemical transformations on plasmonic metal nanoparticles // Nature Materials. 2015. V. 14. № 6. P. 567–576. https:// doi.org/10.1038/nmat4281.
23. Parveen F., Sannakki B., Mandke M.V., et al. Copper nanoparticles: Synthesis methods and its light harvesting performance // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2016. V. 144. P. 371–382. https://doi. org/10.1016/j.solmat.2015.08.033
24. Tantiwanichapan K., Wang X., Durmaz H. Graphene terahertz plasmons: A combined transmission spectroscopy and raman microscopy study // ACS Photonics. 2017. V. 4. № 8. P. 2011–2017. https://doi.org/ 10.1021/acsphotonics.7b00384
25. Ahmadivand A., Gerislioglu B., Sinha R., et al. Excitation of terahertz charge transfer plasmons in metallic fractal structures // J. Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2017. V. 38. P. 992–1003. https://doi.org/10.1007/s10762-017-0400-3
26. Fedorov A.S., Visotin M.A., Eremkin E.V., et al. Charge-transfer plasmons of complex nanoparticle arrays connected by conductive molecular bridges // Phys. Chem. Chem. Phys. 2022. V. 24. № 32. P. 19531–19540. https://doi.org/10.1039/D2CP01811J
27. Fedorov A.S., Krasnov P.O., Visotin M.A., et al. Thermoelectric and plasmonic properties of metal nanoparticles linked by conductive molecular bridges // Physica Status Solidi (B) Basic Res. 2020. V. 257. № 12. P. 2000249. https://doi.org/10.1002/pssb.202000249
28. Fedorov A., Visotin M., Gerasimov V., et al. Charge transfer plasmons in the arrays of nanoparticles connected by conductive linkers // J. Chem. Phys. 2021. V. 154. № 8. P. 084123. https://doi.org/10.1063/5.0040128
29. Olmon R.L., Slovick B., Johnson T.W., et al. Optical dielectric function of gold // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. № 23. Р. 235147. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.235147