Наноструктуры

Спектры поглощения и рассеяния света гибридными нанооболочками полупроводник/металл/J-агрегат

С. С. Моритака, А. В. Мекшун, В. С. Лебедев

Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук, Россия, 119991 Москва

Аннотация: Исследованы оптические свойства серебряных и золотых нанооболочек с полупроводниковым ядром и внешним органическим слоем молекулярного J-агрегата красителя TDBC. Расчеты сечений поглощения и рассеяния света выполнены на основе обобщенной теории Ми для трех значений внешнего радиуса промежуточной металлической оболочки наночастицы (10, 70 и 100 нм) при значениях её толщины, варьируемых в диапазоне от 0 до 20 нм. Продемонстрировано качественно различное поведение оптических спектров исследуемых наноструктур в зависимости от их состава и геометрических параметров. Установлено, что для рассмотренных материалов ядра (Si, GaP, ZnSe) в исследуемой системе возможна реализация режимов слабой и сильной плазмон-экситонной связи, в том числе с наглядным проявлением эффекта индуцированной прозрачности. Показано, что в сечениях рассеяния света трёхслойными наночастицами ZnSe/Au/TDBC наблюдается эффект антирезонанса Фано, проявляющийся в асимметричном поведении контура спектральной полосы. Указанные эффекты обусловлены ближнепольной электромагнитной связью дипольных и мультипольных плазмонов в промежуточной металлической оболочке (Ag или Au) системы с полупроводниковым ядром и внешней органической экситонной оболочкой. Результаты работы способствуют более глубокому пониманию эффектов ближнепольной электромагнитной связи в металлсодержащих органо-неорганических наноструктурах. Исследованные наночастицы представляют интерес для разработки новых гибридных материалов с заданными оптическими свойствами и для создания на их основе ряда эффективных фотонных устройств, в том числе высокочувствительных сенсоров и фотодекторов.

Ключевые слова: гибридная фотоника, органо-неорганические материалы, спектры поглощения и рассеяния света, композитные трёхслойные наночастицы, плазмон-экситонное взаимодействие, металлические нанооболочки, полупроводниковое ядро, J-агрегаты красителя.

Поступила в редакцию: 18.10.2024

 Англоязычная версия: Quantum Electronics, 2024, 51:suppl. 11, S932–S944