Эффекты формы в спектрах экстинкции света плазмонных и композитных металлоорганических наноструктур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Нгуен Тхань Лам

• Нгуен Тхань Лам
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Нгуен Тхань Лам

2.1. Постановка задачи

2.2. Оптические свойства плазмонных наносфер и наностержней

2.3. Оптические свойства нанодисков, нанопризм и нанозвезд

2.4. Сравнение результатов расчетов сечений экстинкции для частиц различной формы

2.5. Пространственная структура электромагнитных полей в плазмонных наночастицах различной формы

2.6. Заключительные замечания

Глава 3. Эффекты плекситонной связи в спектроскопии металло-

органических наночастиц и их комплексов

3.1. Предварительные замечания

3.2. Расчет и анализ спектров поглощения и рассеяния света сферическими металлоорганическими наночастицами

3.3. Спектральные характеристики вытянутых наноструктур с металлическим ядром и Л-агрегатной оболочкой

3.4. Оптические свойства двухслойных нанопризм и нанозвезд в режимах сильной и слабой плекситонной связи

3.5. Пространственная структура электромагнитных полей в двухслойных нанопризмах и нанозвездах

3.6. Сравнение теории с экспериментом

3.7. Эффекты плекситонной связи в спектрах поглощения света ме-таллоорганических димеров и тримеров

3.8. Выводы

Заключение

Список публикаций автора по теме диссертации

Список использованной литературы

Введение

Актуальность темы диссертации

Исследования и разработки в области композитных наноструктур различного состава, формы и размеров являются весьма актуальными для решения ряда фундаментальных и прикладных проблем нанооптики, оптоэлектроники, науки о материалах и физической химии. Уже в настоящее время самые разнообразные композитные наночастицы и наноструктуры успешно используются для синтеза новых материалов с уникальными физико-химическими свойствами с целью их применения при разработках и создании наноустройств, работающих на основе новых физических принципов. В частности, разнообразные гибридные наноструктуры и наноматериалы широко используются для повышения эффективности светоизлучающих устройств [1,2] и солнечных батарей [3,4], для увеличения плотности записи и хранения информации [5,6], для создания на-нолазеров [7-9] и быстродействующих оптических переключателей [10,11], высокочувствительных оптических, биологических и химических сенсоров [12,13], а также для создания ряда ключевых элементов нанофотонных инегральных схем [14,15]. Композитные структуры и материалы интенсивно используются практически во всех областях совеменной нанотехнологии, а также в биологии и медицине [16-21].

Весьма актуальными в последнюю декаду стали исследования и разработки в области гибридной органо/неорганической фотоники и оптоэлектроники [22,23]. В частности, значительно активизировались экспериментальные и теоретические работы по изучению оптических свойств композитных наносистем, состоящих из металлических наночастиц и сложных молекулярных комплексов. В формировании свойств такого рода гибридных наноструктур важную роль играют как металлическая, так и молекулярная подсистемы. Использование упорядоченных молекулярных Л-агрегатов красителей в качестве органической подсистемы металлоорганических наноструктур имеет определенные преиму-

гцества по сравнению с обычными молекулами мономеров. Это связано с тем, что Л-агрегаты полиметиновых красителей имеют очень узкий оптический пик поглощения (Л-полоса), аномально большую силу осцилляторов перехода в Л-полосе и аномально высокую нелинейно-оптическую восприимчивость [24-28]. Оптические переходы в упорядоченных молекулярных Л-агрегатах красителей успешно интерпретируются и количественно описываются в модели экситонов Френкеля [29].

С другой стороны, хорошо известны чрезвычайно привлекательные для применений в нанофотонике оптические свойства металлических наночастиц и наноструктур, связанные с возможностью возбуждения в них поверхностных плазмой - поляритонов, которые представляют собой поверхностные волны смешанной природы, связанные с коллективными колебаниями электронов проводимости и электромагнитного поля, локализованного вблизи поверхности металлической структуры. Взаимодействие внешнего электромагнитного поля с металлическими наноструктурами приводит, таким образом, к сильной локализации электромагнитного поля вблизи поверхности металлических наноструктур и к огромным сечениям поглощения и рассеяния света в окрестностях длин волн, соответствующих локализованным плазмонным резонансам [30-33]. Поэтому гибридные металлоорганические наноструктуры и их одномерные и двумерные массивы, содержащие молекулярные Л-агрегаты и металлическую компоненту, обладают уникальными оптическими свойствами [34-40]. В частности, при определенных режимах их взаимодействия со световыми полями они сочетают в себе достоинства экситонной подсистемы, связанные с большой силой осциллятора радиационного перехода и малой шириной Л-полосы поглощения, и плазмонной подсистемы, способной приводить к сильному возрастанию локального поля вблизи поверхности металлических наночастиц по сравнению с полем внешнего электромагнитного излучения.

Ключевую роль в формировании оптических свойств наноструктур, содержащих металлическую (плазмонную) и органическую (экситонную) компоненты, и, в том числе, спектров фотолюминесценции, поглощения и рассеяния света, играют эффекты ближнепольной электромагнитной связи поверхностных плазмонов, генерируемых в металлической подсистеме под действием света, и экситонов Френкеля, возбуждаемых в органической подсистеме гибридной структуры. Поэтому исследования эффектов плазмон-экситонного (плекситон-ного) взаимодействия в подобного рода металлоорганических наносистемах яв-

ляютя весьма актуальными для решения ряда фундаментальных и прикладных проблем нанофотоники и наноплазмоники. Соответственно, этому кругу вопросов было посвящено большое количество экспериментальных и теоретических работ (см. [41] и приведенные там ссылки). Полученные при этом результаты важны не только для органической или гибридной органо/неорганической фотоники, но и для изучения аналогичных плекситонных эффектов, которые возникают в композитных наноструктурах и наноматериалах, созданных на основе металлов и неорганических полупроводников, например, в наносистемах, содержащих металлы и коллоидные квантовые точки или квантовые ямы.

Важно отметить, что вследствие плекситонной связи оказывается возможным эффективно управлять спектрами люминесценции, поглощения и рассеяния света композитными наноструктурами путем варьирования геометрических параметров и формы их отдельных компонент. Наиболее яркие явления проявляются при этом в режиме сильной электромагнитной связи плазмонов с экситонами. Поэтому изменяя форму и размеры плазмонных и экситонных подсистем и определенным образом выбирая их состав можно создавать гибридные наночастицы, многослойные наноструктуры и их массивы с качественно новыми оптическими свойствами, которые являются востребованными для их использования в органо/неорганической фотонике и оптоэлектронике, а также в ряде областей нанотехнологии, задачей которых является создание нанома-териалов с заданными свойствами и в разработке на их основе эффективных и быстродействующих наноустройств будущего поколения.

Диссертационная работа выполнена, таким образом, в рамках актуального научного направления, а полученные в ней результаты важны для решения целого ряда фундаментальных и прикладных проблем современной оптики и спектроскопии, физики и технологии наноструктур.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эффекты формы в спектрах экстинкции света плазмонных и композитных металлоорганических наноструктур»

Цель работы

Основной целью диссертационной работы является компьютерное моделирование и теоретический анализ спектральных характеристик плазмонных и плекситонных наночастиц различного состава, формы и размеров и изучение эффектов ближнепольной электромагнитной связи в такого рода одиночных наночастицах и их кластерах, представляющих собою плекситонные димеры и тримеры, составленные из трехслойных металлоорганических наносфер. В це-

ли работы входит также проведение конкретных численных расчетов и анализ пространственной структуры электромагнитных полей внутри и вблизи такого рода гибридных наносистем. Установление основных закономерностей в спектрах экстинкции и в структуре полей будет проведено в различных режимах плекситонной связи для конкретных физических систем сферической, сфероидальной, стержнеобразной и сложной формы, в том числе для нанопризм с основанием в виде треугольника и трехлучевой звезды.

Решаемые задачи

Решаемые в диссертации задачи находятся в соответствии с общими целями и могут быть сформулированы следующим образом:

1. Целенаправленный выбор объектов компьютерного моделирования (плаз-монных и плекситонных наночастиц и их комплексов); адаптация теоретического подхода, основанного на методе РБТБ и полуаналитических методах, к решению поставленных в диссертации задач.

2. Расчеты сечений поглощения и рассеяния света плазмонными наночасти-цами различной формы и размеров в широком диапазоне длин волн с использованием современных данных для диэлектрических функций металлов Аи) и с учетом размерного эффекта, обусловленного рассеянием свободных электронов на границе частицы и окружающей среды. Нахождение положений и интенсивностей пиков плазмонных резонансов; сопоставление результатов для сфер, стержней, гантелей, дисков, призм и звезд с целью установления влияния формы частицы на ее оптические спектры.

3. Теоретическое исследование спектров поглощения, рассеяния и экстинкции света одиночными наночастицами металл/Л-агрегат различной геометрической формы. Демонстрация возможных режимов плекситонной связи для различных комбинаций материалов ядра (А§, Аи) и Л-агрегатной оболочки красителя (ТС, Р1С, ТБВС): (}) слабой связи; (11) сильной связи, проявляющейся в возникновении провала в оптическом спектре вследствии явления антирезонанса; (ш) сверхсильной связи, проявляющейся в "репликации" спектральных полос.

4. Компьютерное моделирование спектров экстинкции света плекситонны-ми нанокластерами - гибридными димерами и тримерами, состоящими из трехслойных наносфер с серебряным или золотым ядром, внешней Л-агрегатной оболочкой красителя и промежуточной пассивной органической прокладкой между ними. Установление роли ближнепольной электромагнитной связи между частицами в формировании оптических спектров кластера в режимах слабой и сильной плекситонной связи ядра и оболочки наносферы.

5. Расчеты и изучение пространственной структуры электромагнитных полей внутри и вблизи исследуемых двухслойных и трехслойных гибридных наночастиц и их комплексов при значениях длин световых волн, соответствующих положениям максимумов плазмонных или плекситонных резо-нансов.

Научная новизна работы

Новизна диссертационной работы определяется, в первую очередь, выбором объектов исследования - плазмонных и плекситонных наноструктур сложной формы и их комплексов. В случае одиночных наночастиц к ним относятся треугольные нанопризмы, призмы с основанием в виде трехлучевой звезды, нано-гантели, пары и тройки близкорасположенных сфер. Ранее в основном изучались оптические свойства изолированных гибридных наночастиц относительно простой формы - сферические, сфероидальные и стержнееобразные наноча-стицы. В диссертации проведены систематические исследования металлоорга-нических наносистем как простой, так и сложной формы в различных режимах плекситонной связи. Обнаружены новые закономерности и особенности в спектрах поглощения, рассеяния и экстинкции света и создана достаточно полная картина эффектов плекситонной связи в металлоорганических нанообъектах различной геометрии.

Принципиально новыми являются проведенные в диссертации расчеты и теоретический анализ оптических свойств плекситонных нанокластеров - димеров и тримеров, составленных из трехслойных металлоорганических наносфер. Эти исследования дают новую информацию о характере ближнепольной электромагнитной связи в системе из двух и трех близкорасположенных друг к другу гибридных наночастиц. Выяснено влияние расстояний между наносферами на

амплитуду и ширину спектральных пиков, а также на распределение интенсив-ностей в спектрах поглощения света подобного рода системами.

В ходе проведенных исследований получен ряд оригинальных физических результатов, позволивших установить соответствие между спектральными характеристиками и формой, размерами и составом плекситонных наноструктур. Это касается как чисто плазмонных структур сложной формы, так и гибридных наноструктур и их кластеров, в которых наиболее ярким образом проявляются эффекты плазмон-экситонной связи. Новым элементом работы является детальное изучение пространственной структуры электромагнитных полей в рассматриваемых гибридных наночастицах сложной геометрической формы, а также в плекситонных димерах и тримерах.

Основные результаты диссертации получены на основе оригинального физического подхода, теоретических методов и численных алгоритмов расчетов, созданных под руководством научного руководителя и научного консультанта.

Научная и практическая ценность работы

Теоретическая и практическая значимость результатов диссертации определяется тем, что полученные в ней новые данные существенно расширяют имеющиеся представления о влиянии оптических констант составляющих гибридные наноструктуры материалов на спектральные свойства композитной системы в целом. В диссертационной работе на многих примерах показано, что наряду с конкретным составом наноструктуры и ее размерами существенным фактором, определяющим пространственную структуру электромагнитных полей, положения спектральных пиков и распределение интенсивности по спектру, является форма структуры. Результаты моделирования оптических свойств металло-органических наночастиц различной формы и размеров и сравнение их с экспериментально зарегистрированными спектрами могут, таким образом, использоваться для определения формы наночастиц при их синтезе различными методами. Значимыми с фундаментальной и прикладной точек зрения являются результаты работы по выяснению влияния эффектов плазмон-экситонного взаимодействия и ближнепольной электромагнитной связи отдельных частиц на оптические свойства димеров и тримеров, составленных из гибридных наносфер металл/прокладка/Л-агрегат. В диссертации показано, как различные режимы плекситонной связи в системе формируют тот или иной тип спектра и его ос-

новные особенности. Полученные результаты могут быть использованы для решения ряда прикладных задач современной гибридной органо/неорганической фотоники, связанных с разработкой новых материалов с управляемыми оптическими свойствами с целью их применения при создании высокоэффективных нанофотонных и оптоэлектронных устройств. Наиболее перспективным в настоящее время представляется применение результатов работы для разработки и создания высокочувствительных оптических наносенсоров и гибридных на-новолноводов, функционирующих на основе эффектов плекситонной связи.

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается использованием в ней самосогласованного теоретического подхода и современных численных методов решения задач электродинамики, в том числе метода РБТБ, зарекомендовавшего себя как эффективный и надежный метод, многократно апробированный при решении широкого круга задач нанофотоники и наноплазмоники. Метод использовался в диссертации в сочетании с надежными современными данными по оптическим константам металлических наноча-стиц и экситонных наноструктур френкелевского типа. Научно обоснованным и надежным образом в рассмотрение был включен и размерный эффект в диэлектрической функции металлического ядра гибридной наноструктуры. В отдельных случаях достоверность результатов работы подтверждена сравнением результатов теоретических расчетов с имеющимися экспериментальными данными. Спектральные характеристики металлических и металлоорганических наночастиц простой формы были рассчитаны в диссертации различными методами, продемонстрировавшими идентичные результаты. Положения и выводы, сформулированные в диссертации, неоднократно докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах, связанных с темой исследований.

Основные положения, выносимые на защиту

1. При одном и том же составе и близких размерах (объеме) металлических и металлоорганических наночастиц положения и интенсивности пиков плаз-монных и плекситонных резонансов оказываются весьма чувствительными к форме частицы (сферы, стержня, диска, призмы, звезды, гантели).

Варьирование формы частицы создает возможность эффективно "настраивать" положения спектральных пиков ее плазмонных резонансов на заданные частоты (например, экситонной подсистемы) и, тем самым, существенным образом изменять режим плекситонной связи, а, следовательно, и оптические свойства композитной системы.

2. Для систем вытянутой формы можно четко отделить плазмонные и плек-ситонные полосы поглощения, связанные с наличием "продольных" мод (возбуждаемых внешним электрическим полем, направленным вдоль продольной оси структуры) и "поперечных" мод (возбуждаемых электрическим полем, перпендикулярным этой оси). При изменении отношения продольного и поперечного размеров структуры максимумы полос поглощения продольных мод сдвигаются в длинноволновую область. Оболочка молекулярного Л-агрегата одного и того же органического красителя может, таким образом, вступать в слабую, сильную и сверхсильную (режим "репликации") плазмон-экситонную связь с металлическим ядром.

3. Значения длин волн максимумов спектров поглощения света как у плазмонных, так и у плекситонных нанопластинок (нанопризм и нанозвезд) совпадают для двух взаимно ортогональных поляризаций, направленных вдоль плоскости пластинки. При одном и том же значении длины волны максимумы функций пространственного распределения плотности электромагнитной энергии расположены на диаметрально противоположных краях наноструктур для различных направлений поляризации падающего излучения.

4. В спектрах поглощения света нанокластерами, состоящими из двух или трех близкорасположенных трехслойных наносфер, А§/ТМА/ТС, со слабой плекситонной связью ядра (А§) и Л-агрегатной оболочки (ТС), в случае направления поляризации падающего света вдоль оси системы благодаря ближнепольной электромагнитной связи частиц возникает еще один спектральный пик (помимо двух пиков отдельной наносферы). Пик становится более интенсивным и широким при переходе от димера к тримеру, а его амплитуда быстро убывает с ростом расстояния между частицами из-за ослабления их ближнепольного (бесконтактного) взаимодействия.

5. Пространственная структура электромагнитного поля в системах из двух и

трех наносфер, Ag/TMA/TC, и спектральные характеристики кластера существенно зависят от длины волны и направления поляризации падающего излучения по отношению к направлению упорядоченности частиц. При длине волны, соответствующей максимуму дополнительного спектрального пика и поляризации вдоль оси системы, поле сильно локализуется в области между частицами. Для направления поляризации света, перпендикулярного оси системы частиц, ближнепольная электромагнитная связь отдельных наносфер оказывается слабой и дополнительного пика не возникает. Сечения поглощения изменяются при этом несущественным образом при изменении расстояния между частицами.

6. Дополнительные пики в спектрах поглощения систем из двух и трех наносфер «металл/прокладка/ J-агрегат», обусловленные их электромагнитной связью не возникают в системах, в которых реализуется сильная плек-ситонная связь ядра и J-агрегатной оболочки отдельной частицы (т.е. в кластерах типа Au/TMA/PIC, у которых пик плазмонного резонанса близок к центру полосы поглощения френкелевского экситона). Зависимость сечения поглощения света всего кластера от длины волны при этом неплохо воспроизводит спектральную зависимость для одиночной наносферы, поскольку константа связи ее ядра и оболочки существенно превышает величину ближнепольного взаимодействия частиц в системе.

Личный вклад автора диссертации

Представленные в диссертационной работе результаты получены автором лично или при его непосредственном участии в соавторстве с научным руководителем и научным консультантом. Личный вклад автора диссертации состоит в проведении численных расчетов, в подборе и анализе литературы по теме исследований, в совместном с соавторами анализе полученных в ходе выполнения работы результатов и в формулировке основных выводов.

Апробация работы и публикации

Материалы диссертации были представлены на следующих конференциях: 59-я научная конференция МФТИ, Москва-Долгопрудный-Жуковский, 21-26 ноября 2016 г.; II-ая Всероссийская конференция «Импульсная вакуумная силь-

поточная и полупроводниковая электроника», Москва, 29-30 сентября 2016 г.; 60-я научная конференции МФТИ «Фундаментальная и прикладная физика», Москва-Долгопрудный-Жуковский, 20-26 ноября 2017 г, 62-я научная конференции МФТИ «Фундаментальная и прикладная физика», Москва - Долгопрудный - Жуковский, 18-22 ноября 2019 г.

Основные результаты и выводы диссертационной работы опубликованы в 5 статьях в рецензируемых журналах, индексируемых международной базой Scopus. Три из пяти статей дополнительно индексируются базой Web of Science.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав основного текста, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 127 страниц текста, в том числе 64 рисунка, 4 таблицы, 150 наименований в списке литературы.

Глава 1. Обзор современного состояния исследований в области плазмонных и плекситонных наноструктур

1.1. Наноплазмоника

Наноплазмоника - это важная самостоятельная область нанофотоннкн, основным предметом которой является фундаментальное исследование оптических явлений, связанных с коллективными колебаниями электронов проводимости в металлических и иных плазмонных наноструктурах с целью создания на этой основе новых нанофотонных и оптоэлектронных устройств.

Поверхностные плазмоны (плазмон-поляритоны) представляют собой электромагнитные возбуждения, которые связаны с коллективными колебаниями электронов проводимости металла вблизи его поверхности — границы раздела с диэлектриком. Они возникают благодаря отрицательному значению действительной части диэлектрической проницаемости металлов в видимой и ближней ПК областях спектра на границе металл-диэлектрик. Когда электромагнитная волна распространяется вблизи поверхности проводника, возникает ее взаимодействие со свободными электронами металла, свойства которых аналогичны свойствам электронов плазмы. Существует два типа поверхностных плазмон-поляритонов, которые называются бегущими и локализованными [42]. Бегущие поверхностные плазмоны распространяются подобно волне вдоль плоской границы металл-диэлектрик и экспоненциально спадают по мере удаления от границы раздела металл/диэлектрик или металл/полупроводник. Локализованные поверхностные плазмоны представляют собой колебания плотности заряда, которые ограничены на поверхности металлической наночастицы с размером, много меньшим длины световой волны (см. рис. 1.1). Поверхностные плазмоны чрезвычайно чувствительны к геометрии изучаемой структуры. В перспективе это позволит обеспечить эффективное управление как электромагнитными

полями па субволповых масштабах, так и спектральными характеристиками наноструктур и папоматериалов, а также папоустройств, функционирующих па основе плазмоппых и плекситоппых явлений.

z а

(а) Диэлектрик

Е

Н

у

/П\/П\/А\

(в)

Электронное облако

Электрическое поле

Металлическая наносфера

Рис. 1.1: Схематическая иллюстрация коллективных колебаний свободных электронов для (а) границы раздана металл-диэлектрик и (б) металлической наносферы. Возбужденные электрическим полом падающего света свободные электроны коллективно колеблются относительно решетки положительных ионов. В то время как плазмой, показанный в (а), может распространяться но поверхности, а плазмой, изображенный в (б), локализован на поверхности частицы.

При совпадении частоты внешнего электромагнитного поля с одной из собственных частот плазменных колебаний наблюдается явление локализованного поверхностного плазмоппого резонанса, которое возникает из-за согласованного движения электронов проводимости, взаимодействующих с электромагнитным полем. Явление состоит в очень сильном возрастании напряженности локального поля вблизи папочастицы по сравнению с напряженностью внешнего поля. В результате, при частотах внешнего поля, близких к частоте пика плазмоппого резонанса, происходит резкий рост сечений поглощения и рассеяния света.

В течение последних десятилетий поверхностные плазмопы стали важной областью исследований из-за их потенциальных применений в различных областях, таких как сканирующая туннельная микроскопия |43|, поверхпостпо-

плазмонная микроскопия [44]. Поверхностные плазмоны также используется для создания датчиков для обнаружения биологически интересных молекул [45,46]. Большой интерес к поверхностным плазмонам возник благодаря современным достижениям в исследовании электромагнитных свойств нанома-териалов [47]. Относительная легкость управления поверхностных плазмонов на поверхности открывает возможность для их применения в фотонике и опто-электронике для уменьшения оптических и электронных устройств до наномет-ровых размеров. Поверхностные плазмоны могут служить основой для проектирования, изготовления субволновых волноводных компонентов [48-50] и на-норазмерных фотонных схем, которые смогут переносить оптические сигналы и электрические токи [51].

Возбуждение локализованных плазмонов на малых частицах в течение многих лет вызывало большой интерес в сканирующей просвечивающей электронной микроскопии [52,53] и ближнепольной оптической спектроскопии [54]. Локализованные плазмоны возникают на определенных частотах, характерных для геометрии поверхности наночастиц, что позволяет заданным образом настраивать систему их резонансов [55]. Поверхностный плазмонный резонанс приводит к значительному усилению локализованного электромагнитного поля. Это, в частности, является основным физическим механизмом в широко используемой в настоящее время рамановской спектроскопии с поверхностным усилением [56]. Наличие больших локальных полей позволяет эффективно проводить спектроскопические исследования разнообразных фихико-химических и биологических объектов, имеющих субволновые размеры [57-59], в том числе исследовать структуру ДНК без прикрепления к ним маркеров [60].

Благодаря разработке методов сканирующей зондовой микроскопии стало возможным надежно и эффективно изучать локализованный поверхностный плазмон. В частности, оптическая микроскопия ближнего поля (Н.ХОМ) дает возможность исследовать поле поверхностного плазмона непосредственно над поверхностью, где существует поверхностный плазмон с разрешением в нано-метровом диапазоне [57]. Реализация оптической микроскопии ближнего поля привела к прорыву в исследованиях поверхностных плазмонов [61-63]. Недавно на металлической поверхности был создан новый класс двумерных фотонных кристаллов на основе поверхностных плазмонов [64]. Кроме того, в нанострук-турированных металлах и углеродных структурах, таких как фуллерены и углеродные нанотрубки, локализованные плазмоны могут возбуждаться светом.

Поэтому они могут быть легко обнаружены как ярко выраженные оптические резонансы [65,66].

Оптические свойства благородных металлов, таких как золото и серебро, в значительной мере определяются когерентными колебаниями электронов зоны проводимости, известными как плазмоны. Частота плазмонного резонанса, определяемая диэлектрической функцией металла и диэлектрической постоянной окружающей среды, сильно зависит от размера и формы наноструктуры [67,68]. Для сферических наночастиц положение пика дипольного плазмонного резонанса определяется из условия Ке|ет(и}} = — 2ео, т.е. резонанс происходит на той частоте внешнего электромагнитного поля, при которой отрицательное значение диэлектрической проницаемости металлической частицы становится равным удвоенному значению диэлектрической проницаемости окружающей частицу среды, взятому с отрицательным знаком. Однако для частиц несферической формы осцилляции электронной плотности являются анизотропными и локализованными либо вдоль главных осей для наностержней, либо на краях и углах для нанозвезд. В результате, положения локализованных плазмонных резонансов становятся существенно зависящими не только от оптических констант металла, но и от формы частицы. Кроме того, даже в случае относительно небольших размеров частиц несферической формы происходит расщепление локализованных дипольного плазмонного резонанса на несколько мод (продольные и поперечные моды для наностержней или симметричные и антисимметричные мод в металлических нанооболочках [69]). Наряду с этим, при увеличении размеров металлических частиц становятся существенными резонансы более высокого порядка мультипольности (квадрупольного, октупольного и выше).

В общем случае диэлектрическая функция благородного металла может быть представлена в виде суммы вкладов свободных и связанных электронов

ния (1/7ш^а _ соответствующее время релаксации), е™ - значение диэлектрической проницаемости металла при высоких частотах.

е (и) = (и) + е^ег (и) .

(1.1)

Вклад свободных электронов описывается формулой Друде

(1.2)

Здесь ир = (4ппее2/ше}1/2 - плазменная частота, 7ь^а ~ коэффициент затуха-

Для объемных металлов До,. Ли. Си н Л! (т.е. в случае, когда характерный размер 1 образца значительно превышает среднюю длину свободного пробега электронов вид их действительной и мнимой частей диэлектрических функций в зависимости от длины световой волны в вакууме, Л, приведен в ряде работ (см., например, [70-75]) для видимой, ближней ИК и ближней УФ областей спектра. Однако, если размер частицы мал по сравнению со средней длиной свободного пробега электронов, в объемном металле, то в расчетах величины а (ы) необходимо учитывать размерный эффект, обусловленный рассеянием свободных электронов на поверхности голой металлической или на границе раздела металл/Д-агрегат. Это приводит к зависимости коэффициента затухания 7ш^а5 и, соответственно, диэлектрической функции е^га (ы, г) как от частоты, так и от радиуса, г, металлической частицы. Для эффективного коэффициента затухания можно использовать известное феноменологическое выражение [76].

1

зоной и йрзоной проводимости для благородных металлов) может быть рассчитан в рамках приближения случайных фаз [77]. При этом следует отметить, что на вклад связанных электронов размерный эффект оказывает слабое влияние. Поэтому для адекватного описания обоих вкладов в диэлектрическую функцию металлического ядра с учетом размерного эффекта можно использовать выражение

£т (ы, г) = £Ьи1к (ы) + ыр ( 2 , 1 Ьи1 к----1 (г) ) , (1-3)

Чы2+гы7К ы2+

следуя подходу, изложенному в [76]. Здесь еьи1к — диэлектрическая проницаемость объемного металла, полученная из экспериментальных данных для До,.

7

(г)

7

цы (или на границе раздела металлического ядра и органической оболочки в случае гибридной частицы).

Полный коэффициент экстинкции малых металлических частиц сферической формы, а также эффективные сечения поглощения и рассеяния света представляется в рамках теории Ми как результат суммирования по всем возможным мультипольным колебаниям электрического и магнитного типов, т.е. в виде бесконечного ряда, содержащего поперечно-магнитные (ТМ) и поперечно-электрические (ТЕ) моды (см. [55]). По результатам многочисленных экспери-

ментальных и теоретических исследований, проведенных в работах [67,78-81], сложилась последовательная картина линейного оптического отклика металлических наночастиц относительно простой формы на воздействие падающей электромагнитной волны. При этом оказывается, что для наночастиц с размерами, значительно меньшими длины волны падающего света (г < 25 нм для видимого диапазона спектра в случае золотых частиц), только первый электро-дипольный член вносит определяющий вклад в полное сечение фотопоглощения. Это соответствует применимости дипольного (квазистатического) приближения. Частота плазмонного резонанса (т.е. положение максимума в сечении поглощения и рассеяния света металлическим шариком) и ширина полосы поглощения золотых наносфер слабо зависит от размера частиц. С другой стороны, когда добавляются эффекты, связанные, с анизотропией, оптические свойства наночастиц резко изменяются [81]. В общем случае вклад поглощения света доминирует в спектре экстинкции для частиц с относительно малым радиусом (радиус менее 50 нм для золотой частицы), а рассеяние становится доминирующим процессом для крупных частиц. По мере увеличения размера частиц пики плазмонного резонанса обычно смещаются в сторону красных длин волн. Новые максимумы могут появляться и в спектрах экстинкции из-за возбуждения квадрупольных мод. Ситуация оказывается несколько более сложной при описании наночастиц меньших размеров, для которых необходимо учитывать размерные эффекты, связанные с возможностью рассеяния свободных электронов металлической наносферы на ее поверхности, разграничивающей области металлического ядра и окружающей частицу среды. Экспериментально как синий, так и красный сдвиги максимума плазмонного резонанса были обнаружены с уменьшением размера частицы [79].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нгуен Тхань Лам, 2020 год

Список использованной литературы

[1] Emergence of colloidal quantum-dot light-emitting technologies / Y. Shirasaki, G. J. Supran, M. G. Bawendi, V. Bulovic // Nat. Photonics. - 2013. - Vol. 7.

P. 13-23.

[2] Органические электролюминесцентные материалы и устройства, излучающие в УФ- и ИК-диапазонах / А. П. Пушкарев, М. Н. Бочкарев // Успехи химии. - 2016. - Т. 85. - No. 12,- С. 1338-1368 [Organic electroluminescent materials and devices emitting in UV and NIR regions / A. P. Pushkarev, M. N. Bochkarev // Russ. Chem. Rev. - 2016. - Vol. 85. - No. 12. - P. 13381368].

[3] Nanoparticle-based plasmonic organic photovoltaic devices / E. Stratakis, E. Kymakis // Mater. Today. - 2013. - Vol. 16. - No. 4. - P. 133-146.

[4] Solar photovoltaics: current state and trends / V. A. Milichko, A. S. Shalin, I. S. Mukhin, A. E. Kovrov, A. A. Krasilin, A. V. Vinogradov, P. A. Belov, C. R. Simovskii // Physics-Uspekhi. - 2016. - Vol. 59. - No. 8. - P. 727-772 [Солнечная фотовольтаика: современное состояние и тенденции развития / В. А. Миличко, А. С. Шалин, И. С. Мухин, А. Э. Ковров, А. А. Красилин, А. В. Виноградов, П. А. Белов, К. Р. Симовский // УФН. - 2016. - Т. 186. - No. 8,- С. 801-852].

[5] Design of optical memory elements based on n-type organic field-effect transistors comprising a light-sensitive spirooxazine layer / A. A. Rezvanova, L. A. Frolova, P. A. Troshin // Mendeleev Commun. - 2016. - Vol. 26. - Iss. 1. P. 26-28.

[6] Optical Input/Electrical Output Memory Elements based on a Liquid Crystalline Azobenzene Polymer / T. Mosciatti, S. Bonacchi, M. Gobbi, L. Ferlauto, F. Liscio, L. Giorgini, E. Orgiu, P. Samorl // ACS Appl. Mater. Interfaces - 2016. - Vol. 8. - No. 10. - P. 6563-6569.

[7] Unusual scaling laws for plasmonic nanolasers beyond the diffraction limit / S. Wang, X.-Y. Wang, B. Li, H.-Z. Chen, Y.-L. Wang, L. Dai, R. F. Oulton, R.-M. Ma // Nat. Commun. - 2017. - Vol. 8. - No. 1889.

[8] Nanolasers Enabled by Metallic Nanoparticles: From Spasers to Random Lasers / Z. Wang, X. Meng, A. V. Kildishev, A. Boltasseva, V. M. Shalaev // Laser Photonics Rev. - 2017. - Vol. 11. - P. 1700212.

[9] Плазмонный нанолазер: современное состояние и перспективы / В. И. Ба-лыкин // УФН. - 2018. - Т. 188. - No. 9,- С. 935-963.

[10] Incident-Angle-Modulated Molecular Plasmonic Switches: A Case of Weak Exciton-Plasmon Coupling / Y. B. Zheng, B. Kiraly, S. Cheunkar,T. J. Huang, P. S. Weiss // Nano Lett. - 2011. - Vol. 11. - P. 2061-2065.

[11] High-contrast and fast electrochromic switching enabled by plasmonics / T. Xu, E. C. Walter, A. Agrawal, C. Bohn, J. Velmurugan, W. Zhu, H. J. Lezec, A. A. Talin // Nat. Commun. - 2016. - Vol. 7. - No. 10479.

[12] Nanoparticles and nanocomposites for fluorescence sensing and imaging / A. P. Demchenko // Methods Appl. Fluoresc. - 2013. - Vol. 1. - No. 022001.

[13] A. P. Demchenko. Introduction to Fluorescence Sensing, 2nd edn (Berlin: Springer Science & Business Media), 2015.

[14] Scalable Fabrication of Integrated Nanophotonic Circuits on Arrays of Thin Single Crystal Diamond Membrane Windows / A. H. Piracha, P. Rath, K. Ganesan, S. Kiihn, W. H. P. Pernice, S. Prawer // Nano Lett. - 2016. - Vol. 16. - No. 5. - P. 3341-3347.

[15] Silicon Nanophotonic Integrated Devices for On-Chip Multiplexing and Switching / D. Dai //J. Light. Technol. - 2017. - Vol. 35. - Iss. 4. - P. 572-587.

[16] Gold Nanoparticles: Assembly, Supramolecular Chemistry, Quantum-Size-Related Properties, and Applications toward Biology, Catalysis, and Nanotechnology / M. C. Daniel, D. Astruc // Chem. Rev. - 2004. - Vol. 104.

P. 293.

[17] Chemistry and Properties of Nanocrystals of Different Shapes / C. Burda, X. Chen, R. Narayanan, M. A. El-Sayed // Chem. Rev. - 2005. - Vol. 105. -P. 1025.

[18] Semiconductor quantum dots and metal nanoparticles: syntheses, optical properties, and biological applications / V. Biju, T. Itoh, A. Anas, A. Sujith, M. Ishikawa // Anal. Bioanal. Chem. - 2008. - Vol. 391. - P. 2469.

[19] M. Quinten, Optical Properties of Nanoparticle Systems: Mie and beyond. -Wiley, 2011.

[20] Core/Shell Nanoparticles: Classes, Properties, Synthesis Mechanisms, Characterization, and Applications / R. G. Chaudhuri, S. Paria // Chem. Rev. - 2012. - Vol. 112. - P. 2373.

[21] Biocompatible Magnetite/Gold Nanohybrid Contrast Agents via Green Chemistry for MRI and CT Bioimaging / S. Narayanan, B.N. Sathy, U. Mony, M. Koyakutty, S. V. Nair, D. Menon // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2012.

- Vol. 4. - P. 251.

[22] Organic optoelectronics based on polymer-inorganic nanoparticle composite materials / A. N. Aleshin // Physics Uspekhi - 2013. - Vol. 56.

- P. 627-632 [Органическая оитоэлектроника на основе композитных (полимер-неорганические наночастицы) материалов / А. Н. Алёшин // УФН - 2013. - Т. 183. - С. 657-664].

[23] Organic photonics: achievements and setbacks / A. G. Vitukhnovsky // Usp. Fiz. Nauk - 2013. - Vol. 183. - P. 653.

[24] Молекулярные ансамбли полиметиновых красителей / Б. И. Шапиро // Успехи химии. - 2006. - Т. 75. - No. 5,- С. 484-510.

[25] Theory of the J-band: From the Frenkel exciton to charge transfer / V. V. Egorov, M. V. Alfimov // Physics Uspekhi - 2007. - Vol. 50. -P. 985-1029 [Теория J-полосы: от экситона Френкеля к переносу заряда / В. В. Егоров, М. В. Алфимов // УФН - 2007. - Т. 177. - С. 1033-1081].

[26] «Блочное строительство» агрегатов полиметиновых красителей / Б. И. Шапиро // Рос. нанотехнологии - 2008. - Т. 3. - No. 3-4. - СС. 72-83.

[27] J-aggregates: from serendipitous discovery to supramolecular engineering of functional dye materials / F. Würthner, Т. E. Kaiser, C. R. Saha-Moller // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. - 2011. - Vol. 50. - P. 3376-3410.

[28] Fluorescent J-aggregates of cyanine dyes: basic research and applications review / J. L. Bricks, Y. L. Slominskii, I. D. Panas, A. P. Demchenko // Methods Appl. Fluoresc. - 2018. - Vol. 6. - P. 012001.

[29] Expanded Theory of H- and J-Molecular Aggregates: The Effects of Vibronic Coupling and Intermolecular Charge Transfer / N. J. Hestand, F. C. Spano // Chem. Rev. - 2018. - Vol. 118. - No. 15 - P. 7069-7163.

[30] Metal-nanoparticle plasmonics / M. Pelton, J. Aizpurua, G. Bryant // Laser к Photon Rev. - 2008. - Vol. 2. - No. 3 - P. 136-159.

[31] Plasmons in Strongly Coupled Metallic Nanostructures / N. J. Halas, S. Lai, W.-S. Chang, S. Link, P. Nordlander // Chem. Rev. - 2011. - Vol. 111. - P. 3913.

[32] Fano resonance boosted cascaded optical field enhancement in a plasmonic nanoparticle-in-cavity nanoantenna array and its SERS application / Z. Zhu, B. Bai, О. You, Q. Li, S. Fan // Light: Science & Applications - 2015. - Vol. 4. - P. e296.

[33] Плазмонные резонансы двумерной решетки из металлических частиц внутри диэлектрического слоя: Структурные и поляризационные особенности / А. Н. Шайманов, К. М. Хабаров, А. М. Мерзли кип. И. В. Быков, А. В. Барышев // УФН - 2017. - Т. 151. - No. 4. - С. 686-694.

[34] Ultrafast hybrid plasmonics / G. P. Wiederrecht, G. A. Wurtz, A. Bouhelier // Chem. Phys. Lett. - 2008. - Vol. 461. - P. 171.

[35] Plexcitonic Nanoparticles: Plasmon-Exciton Coupling in Nanoshell-J-Aggregate Complexes / N. T. Fofang, Т. H. Park, O. Neumann, N. A. Mirin, P. Nordlander, N. J. Halas // Nano Lett. - 2008. - Vol. 8. - P. 3481.

[36] Absorption properties of the composite silver/dye nanoparticles in colloidal solutions / V. S. Lebedev, A. G. Vitukhnovsky, A. Yoshida, N. Kometani, Y. Yonezawa // Colloids Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, - 2008. -Vol. 326. - P. 204.

[37] Optical properties of noble-metal nanoparticles coated with a dye J-aggregate monolayer / V. S. Lebedev, A. S. Medvedev, D. N. Vasil'ev, D. A. Chubich, A. G. Vitukhnovsky // Quantum Electronics - 2010. - Vol. 40. - P. 246.

[38] Plasmon-Exciton Interactions in a Core-Shell Geometry: From Enhanced Absorption to Strong Coupling / T. J. Antosiewicz, S. P. Apell, T. Shegai // ACS Photon. - 2014 - Vol. 1 - No 5 - C. 454.

[39] Поглощение света и илазмон-экситонное взаимодействие в трехслойных наностержнях с золотой сердцевиной и внешней оболочкой из молекулярных J- и Н-агрегатов красителей / Б. И. Шапиро, Е. С. Тышкунова, А. Д. Кондорский, В. С. Лебедев // Квантовая электроника. - 2015. - Т. 45. - No. 12,- СС. 1153-1160.

[40] Ultrastrong Plasmon-Exciton Coupling by Dynamic Molecular Aggregation /

F. Todisco, M. D. Giorgi, M. Esposito, L. D. Marco, A. Zizzari, M. Bianco, L. Dominici, D. Ballarini, V. Arima, G. Gigli, D. Sanvitto // ACS Photon. -2018 - Vol. 5 - C. 143-150.

[41] Поглощение и рассеяние света гибридными металлоорганическими нано-частицами / В. С. Лебедев, А. С. Медведев //В книге: "Нано-, пико- и фемтосекундная электроника и фотоникаГлава 6, С. 196-296, 2017 г., под редакцией Г.А. Месяца, Москва-Шанс, ISBN 978-599076-776-8.

[42] Наноплазмоника / В.В. Климов - 2010 - \I.: Физматлит.

[43] Inelastic Tunneling Excitation of Tip-Induced Plasmon Modes on Noble-Metal Surfaces / R. Berndt, J. K. Gimzewski, P. Johansson // Phys. Rev. Lett. -1991.-Vol. 67.-P. 3796.

[44] Two-Dimensional Imaging of Potential Waves in Electrochemical Systems by Surface Plasmon Microscopy / G. Flatgen, K. Krischer, B. Pettinger, K. Doblhofer, H. Junkes, G. Ertl // Science - 1995. - Vol. 269. - P. 668.

[45] Chemical and Biochemical Sensing with Optical Fibers and Waveguides /

G. Boisde, A. Harmer // Arthech House, Boston, 1996.

[46] A sensitivity comparison of optical biosensors based on four different surface plasmon resonance modes / F. C. Chien, S. J. Chen // Biosensors Bioelectron - 2004 . - Vol. 20. - P. 633.

[47] A Hybridization Model for the Plasmon Response of Complex Nanostructures / E. Prodan, C. Radloff, N. J. Halas, P. Nordlander // Science - 2003. - Vol. 302. - P. 419.

[48] Channel Plasmon-Polariton Guiding by Subwavelength Metal Grooves / S. I. Bozhevolnyi, V. S. Volkov, E. Devaux, T. W. Ebbesen // Phys. Rev. Lett. - 2005. - Vol. 95. - P. 046802.

[49] Channel plasmon subwavelength waveguide components including interferometers and ring resonators / S. I. Bozhevolnyi, V. S. Volkov, E. Devaux, J. Y. Laluet, T. W. Ebbesen // Nature - 2006. - Vol. 440. - P. 508.

[50] Experimental demonstration of fiber-accessible metal nanoparticle plasmon waveguides for planar energy guiding and sensing / S. A. Maier, M. D. Friedman, P. E. Barclay, O. Painter // Appl. Phys. Lett. - 2005. -Vol. 86. - P. 071103.

[51] Nanodot coupler with a surface plasmon polariton condenser for optical far/near-field conversion / W. Nomura, M. Ohtsu, T. Yatsui // Appl. Phys. Lett. - 2005. - Vol. 86. - P. 181108.

[52] Theory of energy loss in scanning transmission electron microscopy of supported small particles / A. Rivacoba, N. Zabala, P. M. Echenique // Phys. Rev. Lett. - 1992. - Vol. 69. - P. 3362.

[53] Surface Plasmon Coupling in Clusters of Small Spheres / P. E. Batson // Phys. Rev. Lett. - 1982. - Vol. 49. - P. 936.

[54] Surface-Plasmon Resonances in Single Metallic Nanoparticles / T. Klar, M. Perner, S. Grosse, G. von Plessen, W. Spirkl, J. Feldmann // Phys. Rev. Lett. - 1998. - Vol. 80. - P. 4249.

[55] К. Ворен, Д. Хафмен. Поглощение и рассеяние света малыми частицами - М.: Мир, 1986.

[56] Surface-enhanced spectroscopy / М. Moskovits // Rev. Mod. Phys. - 1985. -Vol. 57. - P. 783.

[57] Single Molecule Detection Using Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) / K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, M. S. Feld // Phys. Rev. Lett. - 1997. - Vol. 78. - P. 1667.

[58] Electromagnetic contributions to single-molecule sensitivity in surface-enhanced Raman scattering / H. Xu, J. Aizpurua, M. Kail,P. Apell // Phys. Rev. E. - 2000. - Vol. 62. - P. 4318.

[59] Probing Single Molecules and Single Nanoparticles by Surface-Enhanced Raman Scattering /S. Nie, S. R. Emory // Science - 1997. - Vol. 275. -P. 1102.

[60] Thermal conductivity of individual silicon nanowires / D. Li, Y. Wu, P. Kim, L. Shi, P. Yang // Appl. Phys. Lett. - 2003. - Vol. 83. - P. 2934.

[61] Optical Microscopy via Spectral Modifications of a Nanoantenna / T. Kalkbrenner, U. Hakanson, A. Schadle, S. Burger, C. Henkel, V. Sandoghdar // Phys. Rev. Lett. - 2005. - Vol. 95. - P. 200801.

[62] Plasmonic Enhancement of Molecular Fluorescence / F. Tam, G. P. Goodrich, B. R. Johnson, N. J. Halas // Nano Lett. - 2007. - Vol. 7. - P. 496.

[63] Resonances of individual metal nanowires in the infrared / F. Neubrech, T. Kolb, R. Lovrincic, G. Fahsold, A. Pucci, J. Aizpurua, T. W. Cornelius, M. E. Toimil-Molares, R. Neumann, S. Karim // Appl. Phys. Lett. - 2006. -Vol. 89. - P. 253104.

[64] Plasmonic Materials / W. A. Murray W. L. Barnes // Adv. Mater. - 2007. -Vol. 19. - P. 3771.

[65] Effective Medium Theory of the Optical Properties of Aligned Carbon Nanotubes / F. J. Garcia-Vidal, J. M. Pitarke, J. B. Pendry // Adv. Mater. - 1997. - Vol. 78. - P. 4289.

[66] Computation of the ultraviolet absorption and electron inelastic scattering cross section of multishell fullerenes / A. A. Lucas, L. Henrard, Ph. Lambin // Phys. Rev. В - 1994. - Vol. 49. - P. 2888.

[67] The Optical Properties of Metal Nanoparticles: The Influence of Size, Shape, and Dielectric Environment / K. L. Kelly, E. Coronado, L. L. Zhao, G. C. Schatz. // J. Phys. Chem. - 2003. - Vol. 107. - P. 668.

[68] Influence of dielectric function properties on the optical response of plasmon resonant metallic nanoparticles / N. K. Grady, N. J. Halas, P. Nordlander // Chem. Phys. Lett. - 2004. - Vol. 399. - P. 167.

[69] Plasmon hybridization in spherical nanoparticles / E. Prodan, P. Nordlander //J. Chem. Phys. - 2004. - Vol. 120. - P. 5444.

[70] Optical Constants of the Noble Metals / P. B. Johnson, R .W. Christy // Phys. Rev. B. - 1972. - Vol. 6. - P. 4370-4379.

[71] Handbook of Optical Constants of Solids II / Ed. by E.D. Palik; San Diego: Academic, 1991.

[72] Algorithm for the determination of intrinsic optical constants of metal films: application to aluminum / A. D. Rakic // Phys. Rev. B. - 1995. - Vol. 34. -P. 4755.

[73] W. M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 95th ed. (CRC Press, Boca Raton, Fla., 2014).

[74] Optical constants of Cu, Ag, and Au revisited / S. Babar, J. H. Weaver // Applied Optics - 2015. - Vol. 54. - P. 477.

[75] Optical constants and structural properties of thin gold films / D. I. Yakubovsky, A. V. Arsenin, Y. V. Stebunov, D. Yu. Fedyanin, V. S. Volkov // Opt. Express - 2017. - Vol. 25. - P. 25574.

[76] U. Kreibig, M. Vollmer. Optical Properties of Metal Clusters. - Berlin: Springer, 1995.

[77] Д. Пайнс, Ф. Нозьер. Теория квантовых жидкостей. - М.: Мир, 1967. D. Pines and P. Nozieres, The Theory of Quantum Liquids, W. A. Benjamin, Inc., New York (1966), Vol. I.

[78] Shape-Controlled Synthesis and Surface Plasmonic Properties of Metallic Nanostructures / Y. Xia, N. J. Halas // MRS BULLETIN. - 2005. - Vol. 30.

P. 338.

[79] Simulation of the Optical Absorption Spectra of Gold Nanorods as a Function of Their Aspect Ratio and the Effect of the Medium Dielectric Constant /

S. Liiik.M. B. Mohamed, M. A. El-Sayed // J. Chem. Phys. - 1999. - Vol. 103. - P. 3073.

[80] Core-shell gold J-aggregate nanoparticles for highly efficient strong coupling applications / D. D. Lekeufack, A. Brioude,A. W. Coleman, P. Miele, J. Bellessa, L. D. Zeng, P. Stadelmann // Appl. Phys. Lett. - 2010. - Vol. 96. - P. 253107.

[81] Why gold nanoparticles are more precious than pretty gold: Noble metal surface plasmon resonance and its enhancement of the radiative and nonradiative properties of nanocrystals of different shapes / S. Eustis, M. A. El-Sayed // Chem. Soc. Rev. - 2006. - Vol. 35. - P. 209.

[82] Role of Halide Ions and Temperature on the Morphology of Biologically Synthesized Gold Nanotriangles / A. Rai, A. Singh, A. Ahmad, M. Sastry // Langmuir. - 2005. - Vol. 22. - P. 736.

[83] Self-Assembled Plasmonic Nanoparticle Clusters / J. A. Fan, C. H. Wu, K. Bao, J. Bao, R. Bardhan, N. J. Halas, V. N. Manoharan, P. Nordlander, G. Shvets, F. Capasso // Science. - 2010. - Vol. 328. - P. 1135.

[84] Plasmons in nearly touching metallic nanoparticles: singular response in the limit of touching dimers / I. Romero, J. Aizpurua, G. W. Bryant, F. J. Garcia De Abajo // Opt. Express. - 2006. - Vol. 14. - P. 9988.

[85] Close Encounters between Two Nanoshells / J. B. Lassiter, J. Aizpurua, L. I. Hernandez, D. W. Brandl, I. Romero, S. Lai, J. H. Hafner, P. Nordlander, N. J. Halas// Nano Lett. - 2008. - Vol. 8. - P. 1212.

[86] Confined Plasmons in Nanofabricated Single Silver Particle Pairs: Experimental Observations of Strong Interparticle Interactions / L. Gunnarsson, T. Rindzevicius, J. Prikulis, B. Kasemo, M. Kall // J. Chem. Phys. - 2005. - Vol. 109. - P. 1079.

[87] Strongly Interacting Plasmon Nanoparticle Pairs: From Dipole-Dipole Interaction to Conductively Coupled Regime / T. Atay, J. H. Song, A. V. Nurmikko // Nano Lett. - 2004. - Vol. 4. - P. 1627.

[88] Nanoscale Aggregation of Cellular ^-Adrenergic Receptors Measured by Plasmonic Interactions of Functionalized Nanoparticles / D. C. Kennedy,

L. L. Tay, R. K. Lyn, Y. Rouleau, J. Hülse, J. P. Pezacki // ACS Nano. -2009. - Vol. 3. - P. 2329.

[89] Surface-Enhanced Raman Scattering from Individual Au Nanoparticles and Nanoparticle Dimer Substrates / C. E. Talley, J. B. Jackson, C. Oubre, N. K. Grady, C. W. Hollars, S. M.Lane, T. R. Huser, P. Nordlander, N. J. Halas. // Nano Lett. - 2005. - Vol. 5. - P. 1569.

[90] Single Particle Spectroscopy Study of Metal-Film-Induced Tuning of Silver Nanoparticle Plasmon Resonances / M. Hu, A. Ghoshal, M. Marquez, P. G. Kik // J. Phys. Chem. - 2010. - Vol. 114. - P. 7509.

[91] Transition from Isolated to Collective Modes in Plasmonic Oligomers / M. Hentschel, M. Saliba, R. Vogelgesang, H. Giessen, A. P. Alivisatos, N. Liu // Nano Lett. - 2010. - Vol. 10. - P. 2721.

[92] Designing and Deconstructing the Fano Lineshape in Plasmonic Nanoclusters /J. B. Lassiter, H. Sobhani, M. W. Knight, W. S. Mielczarek, P. Nordlander, N. J. H alas // Nano Lett. - 2012. - Vol. 12. - P. 1058.

[93] Fano Resonances in Plasmonic Nanoclusters: Geometrical and Chemical Tunability / J. B. Lassiter, H. Sobhani,J. A. Fan, J. Kundu, F. Capasso, P. Nordlander, N. J. Halas // Nano Lett. - 2010. - Vol. 10. - P. 3184.

[94] Bulk heterojunction solar cells with internal quantum efficiency approaching 100% / S. H. Park, A. Roy, S. Beaupré, S. Cho, N. Coates, J. S. Moon, D. Moses, M. Leclerc, K. Lee, A. J. Heeger // Nature Photon. - 2009. -Vol. 3. - P. 297.

[95] The path to ubiquitous and low-cost organic electronic appliances on plastic / S. R. Forrest // Nature - 2004. - Vol. 428. - P. 911.

[96] Nanophotonic switch using ZnO nanorod double-quantum-well structures / T. Yatsui, S. Sangu, T. Kawazoe, M. Ohtsu, S. J. An, J. Yoo, G. -C. Yi // Appl. Phys. Lett. - 2007. - Vol. 90. - P. 223110.

[97] Preparation and Optical Absorption Spectra of Dye-Coated Au, Ag, and Au A g Colloidal Nanoparticles in Aqueous Solutions and in Alternate Assemblies / N. Kometani, M. Tsubonishi, T. Fujita, K. Asami, Y. Yonezawa // Langmuir - 2001. - Vol. 17. - P. 578.

[98] Spectroscopic Properties of Noble Metal Nano-Particles Covered with J-Aggregates of Cyanine Dye / T. Sato, F. Tsugawa, T. Tomita, M. Kawasaki // Chem. Lett. - 2001. - Vol. 30. - P. 402.

[99] Coherent Coupling of Molecular Excitons to Electronic Polarizations of Noble Metal Nanoparticles / G. P. Wiederrecht, G. A. Wurtz, J. Hranisavljevic // Nano Lett. - 2004. - Vol. 4. - P. 2121.

[100] Single Particle Spectroscopic Investigation on the Interaction between Exciton Transition of Cyanine Dye J-Aggregates and Localized Surface Plasmon Polarization of Gold Nanoparticles / T. Uwada, R. Toyota, H. Masuhara,T. Asahi // J. Phys. Chem. C. - 2007. - Vol. 111. - P. 1549.

[101] Effect of the Interaction between Molecular Exciton and Localized Surface Plasmon on the Spectroscopic Properties of Silver Nanoparticles Coated with Cyanine Dye J-Aggregates / A. Yoshida, N. Kometani //J. Phys. Chem. C.

- 2010. - Vol. 114. - P. 2867.

[102] Plasmon-exciton coupling effects in light absorption and scattering by metal/J-aggregate bilayer nanoparticles / V. S. Lebedev, A. S. Medvedev // Quantum Electronics - 2012. - Vol. 42. - P. 701.

[103] Absorption and Scattering of Light by Hybrid Metal/J-aggregate Nanoparticles: Plasmon-Exciton Coupling and Size Effects / V. S. Lebedev, A. S. Medvedev //J. Russ. Laser Res. - 2013. - Vol. 34. - No. 4. - P. 303-322.

[104] Optical properties of three-layer metal-organic nanoparticles with a molecular J-aggregate shell / V. S. Lebedev, A. S. Medvedev // Quantum Electronics -2013. - Vol. 43. - P. 1065.

[105] Molecular Plasmonics with Tunable Exciton-Plasmon Coupling Strength in J-Aggregate Hybridized Au Nanorod Assemblies / G. A. Wurtz, P. R. Evans, W. Hendren, R. Atkinson, W. Dickson, R. J. Pollard, A. V. Zayats // Nano Lett. - 2007. - Vol. 7. - P. 1297.

[106] Synthesis and Spectroscopic Studies of Composite Gold Nanorods with a Double-Shell Structure Composed of Spacer and Cyanine Dye J-Aggregate Layers / A. Yoshida, N. Uchida, N. Kometani // Langmuir - 2009. - Vol. 25.

- P. 11802.

[107] Observing Plasmonic-Molecular Resonance Coupling on Single Gold Nanorods / W. Ni, T. Ambjornsson, S. P. Apell, H. Chen, J. Wang // Nano Lett. - 2010.

- Vol. 10. - P. 77.

[108] Approaching the strong coupling limit in single plasmonic nanorods interacting with J-aggregates / G. Zengin, G. Johansson, P. Johansson, T. J. Antosiewicz, M. Kail, T. Shegaia // Sci. Rep. - 2013. - Vol. 3. - P. 3074.

[109] Rabi Splitting in Photoluminescence Spectra of Hybrid Systems of Gold Nanorods and J-Aggregates / D. Melnikau, R. Esteban, D. Savateeva, A. S. Iglesias, M. Grzelczak, M. K. Schmidt, L. M. Liz-Marzan, J. Aizpurua, Y. P. Rakovich // J. Phys. Chem. Lett. - 2016. - Vol. 7. - P. 354.

[110] Ultrastrong plasmon-exciton coupling in metal nanoprisms with J-aggregates / S. Balci // Opt. Lett. - 2013. - Vol. 28. - P. 4498.

[111] Coherent Plasmon-Exciton Coupling in Silver Platelet-J-aggregate Nanocomposites / B. G. DeLacy, O. D. Miller, C. W. Hsu, Z. Zander, S. Lacey, R. Yagloski, A. W. Fountain, E. Valdes, E. Anquillare, M. Soljacic, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos // Nano Lett. - 2015. - Vol. 15. - P. 2588.

[112] Спектры экстинкции двухслойных металлоорганических нанопластинок / Н. Т. Лам, А. Д. Кондорский, В. С. Лебедев // Краткие сообщения по физике ФИАН - 2019. - Том 46. - No 12. - сс. 34-41 [Extinction Spectra of Bilayer Organometallic Nanoplates / Nguyen Thanh Lam, A. D. Kondorskiy, V. S. Lebedev // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. - 2019. - Vol. 46.

- No. 12. - pp. 390-394].

[113] Strong plasmon-exciton coupling in a hybrid system of gold nanostars and J-aggregates / D. Melnikau, D. Savateeva, A. Susha, A. L. Rogach, Y. P. Rakovich // Nanoscale Res. Lett. - 2013. - Vol. 8. - P. 134.

[114] Absorption of light by hybrid metalorganic nanostructures of elongated shape / A. D. Kondorskiy, K. S. Kislov, N. T. Lam, V. S. Lebedev //J. Russ. Laser Res. - 2015. - Vol. 36. - No. 2. - pp. 175-192.

[115] J. Shinar. Organic Light-Emitting Devices, Springer: New York, 2004.

[116] Ultrafast Dynamics and Laser Action of Organic Semiconductors / Z. V. Vardeny // CRC Press: Boca Raton, FL, 2009.

[117] Integrated Optoelectronic Devices Based on Conjugated Polymers / H. Sirringhaus, N. Tessler, R. H. Friend // Science. - 1998. - Vol. 280. -P. 1741.

[118] High-Efficiency Aqueous-Processed Hybrid Solar Cells with an Enormous Herschel Infrared Contribution / G. Jin, H. -T. Wei, T. -Y. Na, H. -Z. Sun, H. Zhang, B. Yang // ACS Appl. Mater. Interfaces - 2014. - Vol. 6. - P. 8606.

[119] Quantum Dot Light-Emitting Devices with Electroluminescence Tunable over the Entire Visible Spectrum / P. O. Anikeeva, J. E. Halpert, M. G. Bawendi, V. Bulovic // Nano Lett. - 2009. - Vol. 9. - P. 2532.

[120] Механизм передачи электронного возбуждения в органических светоиз-лучающих устройствах на основе полупроводниковых квантовых точек / А. Г. Витухновский, А. А. Ващенко, В. С. Лебедев, Р. Б. Васильев, П. Н. Брунков, Д. Н. Бычковский // Физика и техника полупроводников. - 2013. - Т. 47. - No. 7,- С. 962-969.

[121] The J-Aggregate / Т. Kobayashi // World Scientific, World Scientific, Singapore, 1996.

[122] Синтез и фотофизические свойства мультихромных нанокристаллов по-лиметиновых красителей / Б. И. Шапиро, А. Д. Некрасов, Е. В. Манулик, В. С. Кривобок, В. С. Лебедев // Российские нанотехнологии - 2018. - Т. 13. - No. 5-6,- С. 67-75. https://doi.org/10.1134/S1995078018030151

[123] Оптические и фотоэлектрические свойства мультихромных J-агрегатов цианиновых красителей / Б. И. Шапиро, А. Д. Некрасов, Е. В. Манулик, В. С. Кривобок, В. С. Лебедев // Квантовая электроника - 2018. -Т. 48. - No. 9,- С. 856-866. https://doi.org/10.1070/QEL16758

[124] Optical properties of molecular nanocrystals consisting of J-aggregates of anionic and cationic cyanine dyes / В. I. Shapiro, A. D. Nekrasov, V. S. Krivobok, V. S. Lebedev // Optics Express - 2018. - Vol. 26. - No. 23 - P. 30324-30337. https://doi.org/10.1364/OE.26.030324

[125] Surface plasmon subwavelength optics / W. L. Barnes, A. Dereux, T. W. Ebbesen // Rep. Prog. Nature - 2003. - Vol. 424. - P. 824.

[126] Localized and delocalized plasmons in metallic nanovoids / T. A. Keif, Y. Sugawara, R. M. Cole, J. J. Baumberg, M. E. Abdelsalam, S. Cintra, S. Mahajan, A. E. Russell, P. N. Bartlett // Rep. Prog. Phys. - 2006. - Vol. 74.

- P. 245415.

[127] Controlled Fabrication of Gold-Coated 3D Ordered Colloidal Crystal Films and Their Application in Surface-Enhanced Raman Spectroscopy / S. Lu, I. Randjelovic, R. Capek, N. Gaponik, J. Yang, H. Zhang, A. Eychmiiller // Chem. Mater. - 2005. - Vol. 17. - P. 5731.

[128] Surface Plasmon Sensor Based on the Enhanced Light Transmission through Arrays of Nanoholes in Gold Films / A. G. Brolo, R. Gordon, B. Leathern, K. L. Kavanagh // Langmuir - 2004. - Vol. 20. - P. 4813.

[129] The role of Rabi splitting tuning in the dynamics of strongly coupled J-aggregates and surface plasmon polaritons in nanohole arrays / H. Wang, A. Toma, H. Y. Wang, A. Bozzola, E. Miele, A. Haddadpour, G. Veronis, F. De Angelis, L. Wang, Q. D. Chen, H. L. Xu, H. B. Sun, R. P. Zaccaria // Nanoscale - 2016. - Vol. 8. - P. 13445.

[130] Modelling plexcitons of periodic gold nanorod arrays with molecular components / B. Liu, H. Yan, R. Stosch, B. Wolfram, M. Broring, A. Bakin, M. Schilling, P. Lemmens // Nanotechnology - 2017. - Vol. 28. - P. 195201.

[131] Strong coupling in molecular exciton-plasmon Au nanorod array systems / S. Fedele, M. Hakami, A. Murphy, R. Pollard,, J. H. Rice // Appl. Phys. Lett.

- 2016. - Vol. 108. - P. 053102.

[132] Strong coupling in porphyrin J-aggregate excitons and plasmons in nano-void arrays / S. Ferdele, B. Jose, R. Foster, T. E. Keyes, J. H. Rice // Opt. Mater.

- 2017. - Vol. 72. - P. 680.

[133] Dynamic Tuning of Plasmon-Exciton Coupling in Arrays of Nanodisk-J-aggregate Complexes / Y. B. Zheng, B. K. Juluri, L. L. Jensen, D. Ahmed, M. Lu, L. Jensen, T. J. Huang // Adv. Mater. - 2010. - Vol. 22. - P. 3603.

[134] Strong coupling between surface plasmon polaritons and emitters: a review / P. Torma, W. L. Barnes // Rep. Prog. Phys. - 2015. - Vol. 78. - P. 013901.

[135] Strong coupling, energy splitting, and level crossings: A classical perspective / L. Novotny // Am. J. Phys. - 2010. - Vol. 78. - P. 1199.

[136] Spectral-band replication phenomenon in a single pair of hybrid metal-organic nanospheres and nanodisks caused by plexcitonic coupling / A. D. Kondorskiy, V. S. Lebedev // Opt. Express. - 2019. - Vol. 27. - P. 11783-11799.

[137] Scattering coefficients for a multilayered sphere: analytic expressions and algorithms / R. Bhandari // Appl. Opt. - 1985. - Vol. 24. - P. 1960.

[138] Scattering and absorption by spherical multilayer particles / J. Sinzig, M. Quinten // Appl. Phys. A. - 1994. - Vol. 58. - P. 157.

[139] Optical properties of spheroidal particles / N. V. Voshchinnikov, V. G. Farafonov // Astrophys. Space Sei. - 1993. - Vol. 204. - P. 19-86.

[140] Absorption and luminescence of dye-coated silver and gold particles / D. S. Wang, M. Kerker // Phys. Rev. B - 1982. - Vol. 25. - P. 2433.

[141] Optical properties of spheroidal particles / N. V. Voshchinnikov // Appl. Phys. A. - 1993. - Vol. 204. - P. 19.

[142] Recent advances in surface-enhanced raman spectroscopy (SERS): Finite-difference time-domain (FDTD) method for SERS and sensing applications / Z. Zeng, Y. Liu, J. Wei // Trends Anal. Chem. - 2016. - Vol. 75. - P. 162.

[143] Finite-Difference Time-Domain Modeling of the Optical Properties of Nanoparticles near Dielectric Substrates / Y. Wu, P. Nordlander //J. Phys. Chem. C - 2010. - Vol. 114. - P. 7302.

[144] Numerical solution of initial boundary value problems involving maxwell's equations in isotropic media / K. S. Yee // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 1966. - Vol. 14. - P. 302.

[145] Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method / A. Taflove, S. C. Hagness // 3rd ed. - Boston: Artech House, 2005.

[146] https://meep.readthedocs.io/en/latest

[147] Absorption and scattering of light by silver and gold nanodisks and nanoprisms / A. D. Kondorskiy, N. T. Lam, V. S. Lebedev //J. Russ. Laser Res. - 2018. -Vol. 39. - No. 1. - pp. 56-66.

[148] Эффекты формы в спектрах экстинкции золотых и серебряных наноча-стиц / Н. Т. Лам, А. Д. Кондорский, В. С. Лебедев // Известия РАН. Серия физическая - 2018. - Том 82. - No 4. - сс. 494-502. [Particle Shape Effects in the Extinction Spectra of Gold and Silver Nanoparticles / N. T. Lam, A. D. Kondorskiy, V. S. Lebedev // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics - 2018. - Vol. 82. - No. 4. - pp. 435-443].

[149] Влияние эффектов плазмон-эксптонного взаимодействия на спектры поглощения света гибридными системами из двух и трех трехслойных ме-таллоорганических наночастиц / Н. Т. Лам, А. Д. Кондорский, В. С. Лебедев // Известия РАН. Серия физическая - 2018. - Том 82. - No 4. - сс. 512-518 [Effects of Plasmon-Exciton Interaction in the Spectra of Light Absorption by Hybrid Systems Consisting of Two- and Three-Layer Organometallic Nanoparticles / N. T. Lam, A. D. Kondorskiy, V. S. Lebedev // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics - 2018. - Vol. 82. -No. 4. - pp. 453-458. DOI: 10.3103/S1062873818040111].

[150] Эффекты ближнепольной электромагнитной связи в димерах наночастиц с серебряным ядром и оболочкой из органического красителя в J-агрегатном состоянии / А. Д. Кондорский, В. С. Лебедев // Квантовая электроника. - 2018. - Т. 48. - No. 11.- С. 1035-1042.