Образование плазмонно-резонансных наноструктур и их модификация в дисперсных системах под действием оптического излучения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Грачев, Алексей Сергеевич

• Грачев, Алексей Сергеевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Грачев, Алексей Сергеевич

СОДЕРЖАНИЕ

Обозначения и сокращения

Введение

ГЛАВА 1 Обзор литературы

ГЛАВА 2 Методы воздействия на локальную и макроскопическую структуры агрегатов

2.1 Параметр локальной анизотропии

2.2 Расчет спектров экстинкции агрегатов наночастиц

2.2.1 Основные уравнения метода связанных диполей

2.2.2 Связь фактора экстинкции с коэффициентом поглощения

2.3 Методы приготовления гидрозолей металлов

2.3.1 Метод, основанный на использовании препарата колларгол

2.3.2 Метод восстановления серебра борогидридом натрия

2.3.3 Метод восстановления серебра этиловым спиртом

2.4 Методы приготовления нанокомпозитов «металл-диэлектрик» на основе наночастиц

2.4.1 Метод приготовления полимерных матриц

2.4.2 Метод получения тонкопленочных образцов содержащих квазидвумерные агрегаты из наночастиц

2.5 Изотропное сжатие агрегатов наночастиц в полимерных матрицах

2.6 Упорядочение агрегатов при добавлении в дисперсионную среду водорастворимого полимера ПВП

2.7 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3 Кристаллизация наноструктурированных дисперсных систем

3.1 Модель кристаллизации коллоидной системы

3.1.1 Взаимодействие Ван-дер-Ваальса

3.1.2 Упругое взаимодействие

3.1.3 Электростатическое взаимодействие

3.1.4 Вязкое трение и стохастические силы

3.1.5 Диссипативные силы в пределах адсорбционного слоя. Касательное межчастичное трение и отличие условий кристаллизации в главном и вторичном потенциальных минимумах

3.2 Связь межчастичных взаимодействий с процессом кристаллизации

3.3 Параметр дефектности коллоидных кристаллов на основе фактора локальной анизотропии

3.4 Кинетика кристаллизации

3.5 Дефекты коллоидных кристаллов

3

3.5.1 Типы дефектов

3.5.2 Закономерности появления дефектов коллоидных кристаллов

3.5.3 Влияние температуры дисперсной системы на процесс ее кристаллизации. Условия структурных превращений коллоидных кристаллов "порядок-беспорядок"

3.5.4 Возможные методы устранения дефектов. Имитация действия ультразвука на коллоидные квазикристаллы

3.6 Влияние электронного туннельного эффекта на кристаллизацию бимодальных наноколлоидов металлов

3.6.1 Парные потенциальные зависимости и тип коагуляционных структур

3.6.2 Роль электронного туннельного эффекта при самоорганизации наночастиц в периодические структуры

3.6.3 Модификация потенциального барьера вследствие близкого расположения соседней частицы

3.6.4 Взаимное разнополярное заряжение сталкивающихся разноразмерных частиц и его кинетика

3.7 Основные выводы по главе 3

ГЛАВА 4 Экспериментальные исследования спонтанных и фотостимулированных структурных превращений в дисперсных системах

4.1 Структурные превращения агрегатов наночастиц серебра при их осаждении на плоскую диэлектрическую положку

4.2 Фотостимулированная агрегация электростатически стабилизированных гидрозолей металлов

4.3 Лазерная фотомодификация агрегатов наночастиц и ее закономерности

4.3.1 Физические модели фотомодификации агрегатов наночастиц

4.3.2 Моделирование процессов фотомодификации

4.3.3 Облучаемые материалы, содержащие агрегаты наночастиц серебра

4.3.4 Лазерная фотомодификация неупорядоченных агрегатов наночастиц серебра в гидрозоле

4.3.5 Лазерная фотомодификация агрегированных нанокомпозитов серебра внедренных в желатиновую матрицу

4.3.6 Эксперименты по облучению осадочных пленок

4.3.7 Изменение структуры агрегатов наночастиц серебра при лазерном облучении гидрозолей

4.4 Влияние лазерной фотомодификации на нелинейную рефракцию гидрозолей серебра

4.4.1 Применение соотношений Крамерса-Кронига для оценки изменения рефракции Ag гидрозолей вследствие лазерной фотомодификации наноагрегатов

4.4.2 Влияние положения и формы спектрального провала на нелинейную рефракцию

4.4.3 Расчет добавки к показателю преломления по модификации спектров поглощения, регистрируемых в эксперименте

4.4.4 Расчет добавки к показателю преломления при численном моделировании фотомодификации агрегатов

4.4.5 Сравнение значений параметра добавки показателя преломления с экспериментальными данными

Заключение

Список литературы

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВдВ - силы притяжения Ван-дер-Ваальса

АС - адсорбционный слой

ДЭС - двойной электрический слой

ДЛФО - теория Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека

ПКС - периодические коллоидные структуры

2£> - двумерный

3£) - трехмерный

ФА - фрактальный агрегат

ФФА - фотомодификация фрактальных агрегатов Э - оптическая плотность

Т - коэффициент пропускания оптического излучения

А - коэффициент экстинкции оптического излучения (определяемый в экспериментах), который включает в себя все потери излучения при прохождении через среду (поглощение, рассеяние, отражение).

<3е - эффективность экстинкции, получаемая из расчетов методом связанных диполей. ПВП - высокомолекулярный поливинилпирролидон. Водорастворимый полимер, используемый в работе для увеличения агрегативной устойчивости золя (то есть, устойчивость к слипанию частиц)

ПОИ - потенциалопределяющие ионы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Образование плазмонно-резонансных наноструктур и их модификация в дисперсных системах под действием оптического излучения»

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика работы

В работе экспериментально реализованы методы управления локальной геометрией агрегатов плазмонно-резонансных наночастиц и исследовано ее влияние на спектры плазмонного поглощения агрегатов. Исследуются закономерности самоорганизации ансамблей наночастиц в кристаллические структуры в лиозолях металлов методом броуновской динамики. Изучается влияние на кристаллизацию электронного туннельного эффекта с учетом межчастичных электростатических взаимодействий. Исследуется кинетика кристаллизации ансамблей наночастиц. Анализируются причины появления различного типа дефектов в коллоидных кристаллах. Исследуются спектры экстинкции плазмонно-резонансных наноструктур различного типа. Экспериментально изучаются закономерности лазерных фотохромных эффектов и формирования нелинейно-оптических откликов наноколлоидов, содержащих неупорядоченные агрегаты плазмонно-резонансных наночастиц. Получены экспериментальные свидетельства в пользу того, что эти эффекты обусловлены сдвигом частиц в резонансных доменах агрегатов. С помощью соотношений Крамерса-Кронига изучается изменение показателя преломления Ag гидрозолей в условиях проявления нелинейной рефракции, вызванной лазерной фотомодификацией агрегатов наночастиц на примере серебра. Установлено, что появление индуцированных лазерным излучением спектрально-селективных провалов в спектре плазмонного поглощения неупорядоченных коллоидных А§ агрегатов может приводить к существенному динамическому изменению рефракции наноколлоидов, совпадающему по величине с экспериментальными данными.

Актуальность работы

Исследования плазмонно-резонансных коллоидных структур не утрачивают актуальность на протяжении последних десятилетий. Это связано с обнаружением у них весьма необычных оптических и нелинейно-оптических свойств [], что открывает все новые перспективы практического использования агрегированных дисперсных систем для многочисленных применений в качестве сред для управления нелинейной рефракцией, создания систем сверхплотной записи оптической информации, повышения чувствительности спектроскопии примесей, создания наноразмерных сенсоров и т.д. [2-5] Наноразмерные элементы с фрактальным расположением частиц могут использоваться для гигантского усиления локальных полей и, следовательно, сверхслабых оптических сигналов, а также для создания оптических лимитеров. Нанострукту-рированные дисперсные системы могут стать основой для широкого применения в нанотехно-

логиях. Несмотря на обширное число публикаций [5], посвященных исследованию свойств фрактально-структурированных дисперсных систем, до сих пор отсутствуют адекватные модели агрегатообразования и изменения структуры наноагрегатов под действием света. В частности, известно [6], что после облучения лазерным излучением коллоидных систем, содержащих неупорядоченные агрегаты Ag наночастиц, в их спектрах экстинкции наблюдаются провалы на частотах, близких к лазерным. Однако к настоящему времени не существует адекватной модели, позволяющей описать кинетику фотомодификации, на основе которой можно было бы определить роль того или иного процесса, сопровождающего это явление. Необходимость понимания этих процессов обусловлена отсутствием полных представлений о самой фотомодификации, лежащей в основе явления оптической памяти нанокомпозитов, а также о нелинейно-оптических свойствах неупорядоченных агрегатов, которые проявляются при воздействии на них лазерного излучения и до настоящего времени не получивших четких физических интерпретаций.

Важно отметить, что до недавнего времени происхождение уникальных физических свойств плазмонно-резонансных дисперсных систем приписывалось фрактальной геометрии коллоидных агрегатов. Однако в работах [7, 8] было показано, что проявление эффектов усиления локального поля базируется на другом фундаментальном свойстве этих агрегатов - локальной анизотропии окружения частиц. Авторами [7, 8] было показано, что именно эта структурная особенность физических фракталов играет ключевую роль в электромагнитных взаимодействиях и оказывается наиболее универсальной применительно к взаимодействиям агрегатов сферических наночастиц с внешними полями. В настоящей диссертации высказанная в [7, 8] концепция подвергается экспериментальной проверке применительно к агрегатам А§ наночастиц в объеме гидрозоля и в сжимающейся полимерной матрице.

Еще одним типом наноструктур, имеющих важный прикладной потенциал, являются коллоидные кристаллы, состоящие из плазмонно-резонансных наночастиц (см. напр., обзор [9]). Их физические свойства в настоящее время интенсивно исследуются. Обозначены области возможного применения наноструктурированных коллоидных кристаллов и нановолноводов с управляемой спектральной полосой пропускания. К прикладным задачам относится разработка разнообразных типов наносенсоров (электрического тока, оптического излучения, температуры и т. д.), настраиваемых дифракционных решеток, узкополосных фильтров, фотонных кристаллов, маршрутизаторов оптического излучения нанометрового сечения. В связи с этим исследование роста бездефектных коллоидных кристаллов, возможность управления этим процессом и его оптимизация являются важными прикладными задачами.

Цели диссертационной работы

Экспериментальные исследования корреляции локальной структуры агрегатов плазмон-но-резонансных наночастиц и эффекта усиления электромагнитных полей в данном типе объектов, установление общих закономерностей кристаллизации наноколлоидов, а также экспериментальные исследования лазерных фотохромных эффектов при фотомодификации неупорядоченных агрегатов наночастиц серебра в различных средах и взаимосвязи фотомодификации с изменением рефракции наноколлоида на лазерной длине волны.

Конкретными задачами, решаемыми в рамках диссертации, являются:

1. Экспериментальная реализация методов, позволяющих изменять локальную структуру агрегатов и регистрировать признаки этого изменения, исследовать влияние этого процесса на амплитуду локального оптического отклика.

2. Исследование общих закономерностей кристаллизации коллоидных систем со сферическими частицами и исследование влияния электронного туннельного эффекта на этот процесс.

3. Изучение методом связанных диполей изменения спектров экстинкции бимодальной коллоидной системы на примере золя серебра со сферическими плазмонно-резонансными частицами в процессе кристаллизации этой системы.

4. Экспериментальные исследования лазерной фотомодификации неупорядоченных агрегатов плазмонно-резонансных наночастиц серебра в нескольких типах композитных материалов и получение корреляции с результатами расчетов при использовании модели, основанной на сдвигах частиц в резонансных доменах.

5. Установление взаимосвязи спектрально-селективной лазерной фотомодификации с изменением рефракции среды в импульсных лазерных полях на длине волны излучения.

Научная новизна

1. Получены экспериментальные доказательства взаимосвязи локальной структуры агрегатов металлических наночастиц и их спектров экстинкции.

2. Установлены общие закономерности самоорганизации дисперсных систем в периодические наноструктуры методом броуновской динамики.

3. Исследованы условия перехода неупорядоченной коллоидной структуры в упорядоченную в процессе агрегации дисперсной фазы и изучено влияние степени упорядоченности наноколлоидов на спектры плазмонного поглощения.

4. Установлены причины образования дефектов коллоидных кристаллов.

9

5. Исследована кинетика кристаллизации наноструктурированных дисперсных систем.

6. Впервые исследовано влияние электронного туннельного эффекта на процесс кристаллизации полидисперсных наноколлоидов металлов.

7. Выявлены закономерности лазерной фотомодификации неупорядоченных агрегатов серебра в разных условиях, выполнено сопоставление с результатами расчетов фотомодификации в тех же условиях.

8. Получены сведения об изменение рефракции агрегированного Ag гидрозоля при соответствующем изменении его спектра плазмонного поглощения, которое вызвано спектрально-селективным просветлением гидрозоля при лазерной фотомодификации коллоидных агрегатов; выполнена оценка вклада этого эффекта в нелинейную рефракцию гидрозоля.

Практическая значимость работы

Исследование эффекта оптической памяти в локально анизотропных плазмонно-резонансных дисперсных системах важно с точки зрения использования нанокомпозитов на основе таких систем в качестве одного из перспективных типов фотохромных материалов, в которых может быть реализована полихромная, поляризационно-селективная запись информации.

Анализ закономерностей спектров экстинкции коллоидных кристаллов позволяет предложить экспресс-методы спектрального контроля степени дефектности коллоидного кристалла или методы мониторинга температурных структурных переходов. На основе выполненных исследований могут быть предложены оптические лимитеры импульсного лазерного излучения для защиты оптоволоконных линий связи на основе наноколлоидов.

Достоверность результатов обосновывается совпадением оригинальных экспериментальных данных и результатов расчетов, а также совпадением с расчетными и экспериментальными результатами других авторов. Разработанные алгоритмы протестированы на моделях с известными аналитическими решениями.

Положения, выносимые на защиту

1. Объемное сжатие трехмерных неупорядоченных коллоидных агрегатов Ag наночастиц приводит к уменьшению их локальной анизотропии, что проявляется в уменьшении протяженности полосы плазмонного поглощения.

2. Электронный туннельный эффект и взаимное разнополярное заряжение частиц могут играть

важную роль в кристаллизации бимодальных золей металлов.

10

3. Фотохромные процессы в средах, содержащих неупорядоченные агрегаты из Ag наночастиц, как показывают экспериментальные данные, обусловлены светоиндуцированным сближением наночастиц в резонансных доменах агрегатов.

4. Знак нелинейного показателя преломления агрегированных наноколлоидов серебра определяется положением и формой спектрального фотомодификационного провала в спектре плазмонного поглощения наноколлоида относительно лазерной длины волны.

Апробация работы и публикации

Результаты работы докладывались на следующих конференциях: Всероссийская конференция «Ставеровские чтения » (Красноярск, 2006 г.); Вторая Всероссийская конференция НА-НО- 2007 (Новосибирск, 2007 г.); VI Всероссийская школа-конференция «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении» (Воронеж, 2007 г.); Всероссийская конференция ММПСН-2008 и ММПСН-2009 «Многомасштабное моделирование процессов и структур в нанотехнологиях» (Москва, 2008 и 2009 гг.); Всероссийская конференции с международным участием «Полифункциональные наноматериалы и нанотехнологии» (Томск, 2008 г.); XI Всероссийский семинар «Моделирование неравновесных систем» (Красноярск, 2008 и 2009 гг.); XI Международная конференция Опто-наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы (Ульяновск, 2009 г.); Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием "Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы" (5 Ставеровские чтения) (Красноярск, 2009 г.).

Материалы диссертации опубликованы в 52 научных работах, включая статьи в сборниках трудов Всероссийских и международных конференций, а также в 8 статьях рецензируемых изданий.

Личный вклад автора

Автором предложены и экспериментально реализованы способы управления локальной анизотропией коллоидных агрегатов, находящихся в различных условиях (глава 2). Автором лично выполнены эксперименты в главе 4: по фотостимулированной агрегации и лазерной фотомодификации фрактальных агрегатов серебра, а также по получению образцов различных коллоидных агрегатов на подложках и их исследованию. Материалы по большей части главы 3 получены лично автором, часть материалов главы 3 получена совместно с к.ф.-м.н. B.C. Герасимовым и к.ф.-м.н. И.Л. Исаевым. Постановка задач и интерпретация полученных результатов

выполнена совместно с научным руководителем д.ф.-м.н. С.В. Карповым.

11

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка цитируемой литературы (159 наименований) и изложена на 178 страницах машинописного текста, включая 127 рисунков.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Под малыми частицами (наночастицами) принято понимать частицы, у которых проявляется размерная зависимость их свойств. В ряде случаев это соответствует 10 нм, а в других случаях даже 100 нм. У таких объектов число поверхностных атомов может отличаться от числа объемных меньше, чем на порядок. Они обладают свойствами кристалла, так как все еще состоят из 103- 104 атомов. Однако из-за большой доли поверхностных атомов эти свойства в на-ночастицах могут оказаться существенно измененными по сравнению со свойствами макрообразцов. Отличие свойств малых частиц от макрообразцов уже давно используется в самых разнообразных приложениях (см. например, [7, 9-11]). С начала 80-х годов было опубликовано большое количество обзоров и монографий (см. например, [1, 7, 9-19]) и множество публикаций появляется каждый год.

Наиболее ярким примером кардинального изменения свойств вещества в условиях ограничения размеров образцов являются оптические характеристики малых металлических частиц см. напр., [1, 3-9, 11-25], которые могут очень сильно отклоняться от характеристик макрообразцов [26] того же материала. Такие частицы способны поглощать электромагнитное излучение в тех спектральных диапазонах, где макрообразцы того же самого вещества вообще не поглощают. Это стало причиной появления большого числа работ по исследованию оптических свойств металлических наночастиц и их систем [13, 17, 19, 27-29] и изучению влияния на них различных факторов [1, 13, 14, 16, 30-32]. Вопросы теории рассеяния света малыми частицами рассматриваются в монографии [16]. В статьях [14, 30] описываются последние достижения теории оптических свойств наночастиц, обсуждаются аналитические и численные методы вычисления поглощения, рассеяния и других оптических свойств несферических наночастиц и агрегатов наночастиц. В книге [1] излагаются результаты экспериментальных исследований оптических и нелинейно-оптических свойств золей металлов, обсуждаются причины появления нетривиальных физических свойств у ансамблей металлических наночастиц при их объединении во фрактальные структуры. Авторами статьи [31 ] экспериментально и теоретически исследуется влияние локального диэлектрического окружения на поверхностный плазмонный резонанс в металлических пленках.

Среди большого разнообразия практических применений и устройств, в основе которых могут лежать уникальные оптические свойства малых частиц, можно выделить оптические фильтры, переключатели, ограничители и ловушки [2-5]; спектрально- и поляризационно-

селективные пленочные материалы для оптической записи информации [33-36], реверсивные фоточувствительны стекла, метки биомакромолекул [37, 38]; эти свойства могут использоваться для повышения чувствительности спектроскопии комбинационного рассеяния света [1, 39]. В работе [40] описывается простой колориметрический метод для определения малых концентраций ионов тяжелых металлов, растворенных в жидкости с помощью функционализирован-ных Аи наночастиц.

Особые оптические свойства малых металлических частиц объясняются наличием у них поверхностного плазмонного резонанса [1, 13, 16, 41]. Энергия поверхностных плазмонов зависит от размеров, формы и материала частиц [42-45], а также от свойств окружающей среды [46]. В работе [42] исследуются наночастицы золота (20-80 нм) в субмикронной оболочке из кремния (330-550 нм). В работах [43-45] исследуются оптические свойства наночастиц золота и серебра в зависимости от их формы, а в [44] исследуются оптические свойства различных ансамблей таких наночастиц.

За последнее время появилось большое число работ, посвященных разнообразным методам получения наночастиц и наноструктурированных материалов см. напр. [47-49]. Авторы работы [47] предлагают технологию лазерной абляции для приготовления Ag наночастиц. Технология заключается в облучении серебряной пластинки, погруженной в пальмовое масло, Ис!:УАО лазером с длиной волны излучения 1064 нм. В работе [48] описывается методика синтеза наночастиц тетраэдральной формы, а авторы работы [49] описывают методы получения наночастиц золота и серебра наночастиц произвольной формы.

Развиваются экспериментальные методы изучения процессов, протекающих в нанораз-мерных системах [1, 14, 16, 19, 31, 50]. В ряде обзоров и монографий (см., например. [1, 5, 9, 18, 28, 33, 51, 52]) подведены определенные итоги и указаны перспективные направления исследований наноразмерных систем. Авторы обзора [28] рассказывают о некоторых ключевых достижениях в изготовлении и изучении свойств систем, состоящих из металлических наночастиц.

Оптические характеристики наноразмерных частиц исследуются методами классической спектроскопии, поэтому в большинстве работ [1, 16, 36, 53], посвященных изучению физических свойств наночастиц, анализируются, прежде всего, спектры поглощения. Оптические спектры несут в себе информацию о важнейших физических характеристиках дисперсных систем, таких, как размер частиц, степень их агрегации, толщина адсорбционного слоя и так далее. Эти спектры позволяют следить и за изменением электронной структуры малых металлических частиц при переходе от макрообразцов к малым частицам.

В работе [29] авторы сравнивали оптические свойства наночастиц серебра в растворе гексана с оптическими свойствами двумерных и трехмерных упорядоченных структур, полученных самоорганизацией этих частиц. Оказалось, что пик плазмонного резонанса наночастиц серебра, которые образовывали двумерную решетку гексагонального типа, смещен в область меньших энергий (смещен в длинноволновую область) по сравнению с пиком наночастиц серебра, находившихся в растворе гексана.

В последние десятилетия был достигнут значительный прогресс в разработке теоретических моделей оптического поглощения агрегированных золей, учитывающих фактор взаимодействия. Эти модели основаны на строгом решении электродинамической задачи в системе взаимодействующих сферических частиц. Если частицы находятся достаточно близко друг от друга, то наведенные на них осциллирующие дипольные моменты начинают существенно влиять друг на друга, причем энергия дипольного (мультипольного - в общем случае) взаимодействия становится сравнимой с энергией взаимодействия с полем отдельной частицы. Одним из эффективных методов расчета спектров экстинкции в настоящее время является метод связанных диполей [1, 54-58] и его модификация - метод связанных мультиполей [59].

Развитие вычислительных компьютерных систем позволяет существенно продвинуться в реализации методов расчета спектров экстинкции сред, с большим количеством наночастиц, в условиях сильного межчастичного электродинамического взаимодействия [1, 13, 21. 57, 59]. Это позволяет развивать обоснованные расчетами непрямые методы экспресс-контроля свойств наночастиц по спектрам экстинкции в различных типах дисперсионных сред (аэрозоли, лиозоли металлов, гидрозоли, нанокомпозиты "металл-диэлектрик"). Кроме того, использование современных вычислительных систем привело к появлению множества работ по моделированию структурообразования в системах, состоящих из малых частиц [60-62] и исследованию свойств таких систем [63, 64].

Еще одним важным объектом исследований являются наноструктуры с фрактальной геометрией в дисперсных системах. Эти наноструктуры приобрели особую актуальность в связи с обнаружением у них весьма необычных физических свойств и возможностью многочисленных приложений. В частности, подобными свойствами обладают агрегаты связанных наночастиц в гидрозолях металлов, перколяционных наноструктурах, нанокомпозитах типа "металл-диэлектрик", в которых в полосе плазмонного поглощения экспериментально были обнаружены эффект гигантского (до 105-106 раз) усиления нелинейно-оптических процессов [1, 6. 65-67], эффект оптической памяти [33, 34], усиление лазерной генерации растворов молекулярных красителей в присутствии коллоидных агрегатов серебра [34, 67].

15

В работе [8] показано, чго уникальность физических свойств неупорядоченных коллоидных с i рук i ур базируется на локальной анизотропии окружения входящих в них чаепщ Ранее ноня i не локальной анизотропии применительно к анизотропным молекулярным средам было введено в работах Аверьянова [68-70]

Автором обзора [51] описаны экспериментальные исследования свойств фрактальных коллоидных агрегатов Обсуждаются особенности их оптических свойств и результаты исследования колуляции коллоидных частиц в различных режимах Рассмотрены капиллярные яв-I с 1111 я во фрамальных сиысмах структурные и механические свойства ajpoiencn

В последнее время появилось большое число работ посвященных получению новых ме-ымагерналов на основе наночастиц, позволяющих управлять оптическим излучением на нано-маспиабах [9 71 72] Одним из типов перспективных нанострумур лежащих в их основе яв-1яются коллоидные крпсыллы или периодические коллоидные ыруыуры предеывляющпс собой кысокоупоря юченные образования, сосюящие из малых чаешц [9 10 71 73] Jiii частицы упакованы в трехмерные, двумерные сверхрешетки, чаще всего iскса[опального шпа пли образую i одномерные линейные цепочки

Коллоидные кристаллы, сосюящие из наночастиц получаю! в экспериментальных условиях (см напр обзор [9]), их физические свойс1ва ишснспвно исследую юя Извсешы и природные образования шпа коллоидных кристаллов из частиц силпкаюв субмпкропно1 о диапазона Такими кристаллами, в частности, являются опалы Основное внимание в проводимых исследованиях сфокусировано на различных подходах к созданию упорядоченных cipyKiyp при cdMoopi анизацпи коллоидных систем [10, 73-79] В настоящее время обозначены направления исследования по созданию ошоэлекгронных усфойсгв на основе паноырумурпрованных кол-юп uii.ix крпыаллов [9 14,71 72 80-88]

Автором обзора [9] описаны различные подходы к созданию упорядоченных с i рук i \ р из ко июидиых частиц (самоорганизация частиц на межфазных поверхпоыях меюды шаблонов нанолитографпческие методы, функционализация подложки) Рассмотрены процессы при ко-трых осущсс i вляс i ся самоор! ашпация наночастиц Возможности передачи электрома1 ни i пых волн в цепочке металлических несоприкасающихся наночастиц описаны в работах [82 86] Для управления светом на наномасипабах синтезируются наночастппы с различными опшчсскими свойствами например авторы работы [88] создали новые наночаепщы гак называемым нано-рпс сосюящие из оксида железа (Fe?Oj) в оболочке из золота варьируемой толщины Были исследованы опшчеекпе свопспна этих частиц в зависимое!и oí юлшппы Ли обо ючкп В рабо-

те [89] представлены спектры поглощения и микрофотографии линейных цепочек наночастиц золота и серебра, приготовленных методом мокрой химии.

Наименее затратный способ получения коллоидных кристаллов, не требующий локального физического воздействия на систему, основан на способности наночастиц к самоорганизации в процессе случайных броуновских столкновений в реальных дисперсных системах, прежде всего, в лиозолях. Сильное влияние на процесс образования структуры оказывают внешние факторы: свет, электрические низкочастотные поля [10], ультразвуковое облучение [90], капиллярные силы [91], возникающие при испарении капли с агрегированным гидрозолем на подложке и т. д. Понимание механизмов влияния вышеперечисленных факторов позволит получать периодические коллоидные структуры с заданными свойствами.

К настоящему времени накоплен большой объем экспериментальных фактов, касающихся образования периодических коллоидных структур, не получивших объяснения [9, 10. 92]. К числу нерешенных проблем следует отнести отсутствие полного понимания принципов самоорганизации ансамблей частиц (прежде всего, в периодические структуры). Отсутствует возможность оценки влияния на процесс кристаллизации как отдельных факторов "в чистом виде", так и их произвольных комбинаций. Отметим, что при экспериментальных исследованиях мы имеем дело с совокупным действием всех физических факторов, проявляющихся на межфазнои грани не.

В работах [70, 74, 93] выполнен детальный анализ условий самоорганизации коллоидных систем в упорядоченные структуры. Показано, что кристаллизация коллоидных систем сопровождается появлением различного типа дефектов, количество которых зависит от условий этого процесса. Отработка технологий получения бездефектных коллоидных кристаллов открывает перспективы их использования в функциональных элементах нанофотоники.

Среди факторов, влияющих на появление дефектов, следует, отметить следующие: дис-сипативные силы, в целом, включая вязкость дисперсионной среды; полидисперсность частиц; характеристики адсорбционного слоя частиц; температура дисперсионной среды и соответствующая ей амплитуда случайной силы [93]. Оценка влияния дефектов типа вакансий, дислокаций и междоузлий на спектры плазмонного поглощения коллоидных кристаллов из наночастиц серебра [23, 24] позволяет предложить методы минимизации дефектности коллоидных кристаллов, получаемых в объеме лиозолей, а также при двумерной кристаллизации на поверхности диэлектрических подложек.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Грачев, Алексей Сергеевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Карпов С. В., Слабко В. В. Оптические и фотофизические свойства фрактально-структурированных золей металлов. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2003. 265 с.

2. Girard С., Dujardin Е. Near-field optical properties of top-down and bottom-up nanostructures // Opt. A. 2006. T. 8. C. 73-86.

3. Maier S. A., Kik P. G., Atwater H. A. Observation of coupled plasmon-polariton modes in Au nanoparticle chain waveguides of different lengths: Estimation of waveguide loss // Appl. Physics Lett. 2002. T. Vol. 81, № 9. C. 1714-1716.

4. Webb [<L. J., Li J. Resonant slot optical guiding in metallic nanoparticle chains // Phys. Rev. B. 2005. T. 72. C. 201402.

5. Ролдугин В. И. Фрактальные структуры в дисперсных системах // Успехи Химии. 2003. Т. 72, № 10. С. 931-959.

6. Butenko А. V., Danilova Y. Е., Chubakov P. A., Karpov S. V., Popov А. К., Rautian S. G., Safonov V. P., Slabko V. V., Shalaev V. M., Stockman M. I. Nonlinear optics of metal fractals clusters // Z. Phys. D. 1990. T. 17. C. 283-288.

7. Карпов С. В., Герасимов В. С., Исаев И. Л., Подавалова О. П., Слабко В. В. Происхождение аномального усиления электромагнитных полей во фрактальных агрегатах металлических наночастиц // Коллоидный журнал. 2007. Т. 69, № 2. С. 178-189.

8. Karpov S. V., Gerasimov V. S., Isaev I. L., Markel V. A. Local anisotropy and giant enhancement of local electromagnetic fields in fractal aggregates of metal nanoparticles // Phys. Rev. B. 2005. T. 72, № I. C. 205425-205423.

9. Ролдугин В. И. Самоорганизация частиц на межфазных поверхностях // Успехи Химии. 2004. Т. 73,№ 2. С. 123-155.

10. Ефремов И. Ф. Периодические коллоидные структуры. Л.: Химия, 1971. 192 с.

11. Wagner F. Е., Haslbeck S., Stievano L., Calogero S., Pankhurst Q. A., Martinek K. P. Before striking gold in gold-ruby glass // Nature. 2000. Т. 407, № 6805. С. 691-692.

12. Perenboom J., Wyder P., Meier F. Electronic properties of small metallic particles // Phys. Rep. 1981. T. 78. C. 174 - 292.

13. Kreibig U., Vollmer M. Optical properties of metal clusters. Berlin: Springer-Verlag, 1995. 529 с.

14. Kelly К. L., Coronado E., Zhao L. L., Schatz G. C. The Optical Properties of Metal Nanoparticles: The Influence of Size, Shape, and Dielectric Environment // Phys. Chem. B. 2003. T. 107, jN'2 3. C. 668-677.

15. Zhao L.. Kelly K. L., Schatz G. C. The Extinction Spectra of Silver Nanoparticle Arrays: Influence of Array Structure on Plasmon Resonance Wavelength and Width // Phys. Chem. B. 2003. T. 107, № 30. C. 7343-7350.

16. Бореи К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 660 с.

17. Пепийко С. А. Физические свойства малых металлических частиц. Киев: Наук, думка, 1985. 246 с.

18. Петров 10. PL Кластеры и малые частицы. М.: Наука, 1986. 367 с.

19. Петров Ю. И. Физика малых частиц. М.: Наука, 1982. 360 с.

20. Gonzalez A. L., Noguez С. Influince of Morphology on the Optical Properties of Metal Nanoparticles // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. 2007. T. 4. C. 23 1-234.

2 1. Климов В. В. Наноплазмоника. / Под ред. Тимирязева В. А. М.: Физматлит, 2009. 480 с.

22. Карпов С. В., Исаев И. JI., Гаврилюк А. П., Герасимов В. С., Грачев А. С. Кристаллические и фрактальные структуры в наноколлоидах и их приложения в нанофотонике. В книге: Фотонные кристаллы и нанокомпозиты: структурообразование, оптические и диэлектрические свойства. / Под ред. Шабанова В. Ф.. Зырянова В. Я. Новосибирск: СО РАН, 2009. 151-195 с.

23. Карпов С. В., Исаев И. Л., Герасимов В. С., Грачев А. С. Влияние дефектов плазмоипо-резонапепых коллоидных кристаллов на их спектры экстипкции // Оптика и спектроскопия. 2010. Т. 109. № 3. С. 413-419.

24. Карпов С. В.. Исаев И. Л., Герасимов В. С., Грачев А. С. Изменение спектров экстипкции плазмонно-резонанспых коллоидных кристаллов при структурных переходах // Оптика и спектроскопия. 2010. Т. 109, № 3. С. 420-423.

25. Карпов С. В., Исаев И. Л., Герасимов В. С., Грачев А. С. Эволюция спектров экстипкции плазмопно-резонансных наноколлоидов в процессе их кристаллизации // Оптика и спектроскопия. 2010. Т. 109. № 3. С. 424-433.

26. Соколов А. В. Оптические свойства металлов. М.: Физматлит, 1961. 320 с.

27. Pileni М. P. Fabrication and physical properties of self-organized silver nanocrystals // Pure Appl. Chem. 2000. T. 72. C. 53-65.

28. Pelton M., Aizpurua J., Bryant G. Metal-nanoparticle plasmonics // Laser and Photon. Rev. 2008. T. 2. C. 136-159.

29. Talcb A., Petit C., Pileni M. P. Optical Properties of Self-Assembled 2D and 3D Supcrlattices of Silver Nanoparticles // Phys. Chem. B. 1998. T. 102. C. 2214-2220.

30 Kelly К L , Lazatides A A , Schatz G С Computational Electiomagnetics of Metal Nanopaiticlcs and Then Aggiegatcs//Computing in Science and Engmeeung 2001 T 3 С 67-73

31 Royei P, Goudonnet 1 P, Waimack R .1 , Fenelly T L Substiate effects on suifacc-plasmon specti a in metal-island films//Phys Rev В 1987 T 35, № 8 С 3753-3759

32 Shalacv V M Nonhncai Optics of Random Media Fiactal Composites and Metal-Dielecti ic Films // Bet I in Spnngei-Veilag 2000 С 159

33 Kaipov S V , Popov А К , Rautian S G , Safonov V P , Slabko V V , Shalaev V M . Shtokman M I Obseivation of wavelength- and polaiization selective photomodification of silvei clusteis // ГЕТР Lett 1988 T 48. № 10 С 571-575

34 Kim W , Safonov V P , Shalaev V M , Aimstiong R L Fiactals in Miciocavities Giant Coupled, Multiplicative Enhancement of Optical Responses // Phys Rev Lett 1999 T 82 №24 С 48114814

35 Danilova У E, Plekhanova A i, Safonova V P Expenmental study of polaiization-selectivc holes buinmg in absoiption spectia of metal fiactal clusteis // Physica A Statistical Mechanics and its <\pplications 1992 T 185 С 61-65

36 Safonov V P , Shalaev V M , Maikel V A , Danilova Y E , Lepeshkin N N . Kim W , Rautian S G Aimstiong R L Spectral dependence of Selective photomodification in fiactal aggiegates of colloidal paiticlcs//Phys Rev Lett 1998 T 80, № 5 С 1102-1104

37 Flu I . Wang Z . Li J Gold Nanopaiticles With Special Shapes Contiollcd Synthesis. Suifacc-enhanced Raman Scattenng, and The Application in Biodetection // Sensois 2007 T 7 С 32993311

38 Xu Ff. Aizpuiua J , Kail M , Apell P Electiomagnetic contnbutions to single-molecule sensitivity in sui face-enhanced Raman scattenng//Phys Rev E 2000 T 62. № 3 С 4318-4324

39 Шалаев В M, Шгокман М И Оптические своис1ва фракыльиых клас1еров (восприимчивоеib. гигантское комбинированное рассеяние на примесях) // ЖЭТВ 1987 Т 92 №2 С 509-521

40 Kim Y . Johnson R С , Hupp J Т Gold Nanoparticle-Based Sensing of "Spectioscopically Silent"' Hcavj Metal Ions//Nano Letteis 2001 T 1, № 4 С 165-167

41 Ma Y -W , Zhang Y , Wu Z -W , Zhang L -H , Zhang J , Jian G -S , Wu S -F Theoietical studies of the optical piopcities of plasmon lesonance on silvei nanopaiticles in the neai-ficld optics // Appl Phys 2009 T 105. № 10 С 103101-103106

42 Sadtlei В , Wei A Spherical ensembles of gold nanopaiticles on silica electiostatic and size effects // Chem Commun 2002 № 15 С 1604-1605

43. Wiley В. J., 1m S. FL, Li Z. Y., McLellan J., Siekkinen A., Xia Y. Maneuvering the Surface Plasmon Resonance of Silver Nanostructures through Shape-Controlled Synthesis // Phys. Chem. B. 2006. Т. I 10, № 32. C. 15666-15675.

44. Amendola V., Bakr О. M., Stellacci F. A Study of the Surface Plasmon Resonance of Silver Nanoparticles by the Discrete Dipole Approximation Method: Effect of Shape, Size, Structure, and Assembly // Plasmonics. 2010. T. 5, № 1. C. 85-97.

45. Cobley С. M., Skrabalak S. E., Campbell D. J., Xia Y. Shape-Controlled Synthesis of Silver Nanoparticles for Plasmonic and Sensing Applications // Plasmonics. 2009. T. 4. C. 171-1 79.

46. Hu J., Cai W., Li Y., Zeng H. Oxygen-induced enhancement of surface plasmon resonance of silver nanoparticles for silver-coated soda-lime glass // J. Phys.:Condens. Matter. 2005. T. 17, № 35. C. 5349-5354.

47. Zamari R., Zakaria A., Ahangar H. A., Sadrolhosseini A. R., Mahdi M. A. Fabrication of silver nanoparticles dispersed in palm oil using laser ablation // Int. J. Mol. Sci. 2010. Т. I 1. C. 4764-4770.

48. Gracia-Pinilla M. A., Perez-Tijerina E., Garcia J. A., Fernandez-Navarro С., Tlaluiice-Flores A., Mejia-Rosales S., Montejano-Carrizales J. M., Jose-Yacaman M. On the structure ond properties of silver nanoparticles // Phys. Chem. C. 2008. T. 112, № 35. C. 13492-13498.

49. Wiley В., Sun Y., Chen J., Cang H., Li Z., Li X., Xia Y. Shape-Controlled Synthesis of Silver and Gold Nanostructures // MRS Bulletin. 2005. T. 30, № 5. C. 356-361.

50. Foss C. A., Hornak G. L., Stockert J. A., Martin C. R. Template-Synthesized Nanoscopic Gold Particles: Optical Spectra and the Effects of Particle Size and Shape // Phys. Chem. 1994. T. 98, №11. C. 2963-2971.

5 1. Ролдугин В. И. Свойства фрактальных дисперсных системм // Успехи Химии. 2003. Т. 72, № I I.C. 1027-1053.

52. Помогайло А. Д., Розенберг А. С., Уфлянд И. Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия. 2000. 672 с.

53. Данилова Ю. Э., Раутин С. Г., Сафонов В. П. Взаимодействие фрактальных кластеров серебра с мощным излучением: поглощение, обращение волнового фронта, фотомодификация. // Известия академии наук. Серия физическая. 1996. Т. 60, № 3. С. 56-64.

54. Markel V. A., V.M. S., Stechel Е. V., Kim W., Ermstrong R. L. Small-particle composites. I. Linear optical properties // Phys. Rev. B. 1996. T. 53. C. 2425-2430.

55. Markel V. A., Muratov L. S., Stockman M. L, George T. F. Theory and numerical simulation of optical properties of fractal clusters // Phys. Rev. B. 1991. T. 43, № 10. C. 8183-8195.

56. Данилова Ю. Э., Маркель В. А., Сафонов В. П. Поглощение света случайными серебряными кластерами //Оптика атмосферы и океана. 1993. Т. 6. С. 1436-1446.

57. Карпов С. В., Басько А. Л., Попов А. К., Слабко В. В. Влияние электродинамического взаимодействия частиц на спектры поглощения золей серебра в процессе их агрегации // Оптика и спектроскопия. 2003. Т. 95, № 2. С. 253-263.

58. Карпов С. В., Басько А. Л., Попов А. К., Слабко В. В. Особенности спектров поглощения фрактально-структурированных золей серебра // Оптика и спектроскопия. 2003. Т. 95, № 2. С. 264-270.

59. Markel V. A., Pustovit V. N., Katpov S. V., Obuschenko A. V., Gerasiinov V. S., Isaev Г. L. Electromagnetic density of states and absorption of radiation by aggregates of nanospheres with multipole interactions // Phys. rev. B. 2004. T. 70. C. 054202-1-19.

60. Pereira M. S., Canabarro A. A., Oliveira I. N., Lyra M. L., Mirantsev L. V. A molecular dynamics study of ferroelectric nanoparticles immersed in a nematic liquid crystal // The European Physical Journal E. 2010. Т. 31, № 1. C. 81 -87.

61. Xu J., Bedrov D., Smith G. D. Molecular dynamics simulation study of spherical nanoparticles in a Hematogenic matrix: Anchoring, interactions, and phase behavior // Phys. Rev. E. 2009. T. 79. C. 011704-011715.

62. Huang J., Luo M., Wang Y. Dissipalive Particle Dynamics Simulation on a Ternary System with Nanoparticles, Double-Hydrophilic Block Copolymers, and Solvent // J. Phys. Chem. B. 2008. T. 112, № 22. C. 6735-6741.

63. Dalis A., Friedtander S. K. Molecular dynamics simulations of (he straining of nanoparticle chain aggregates: the case of copper // Nanotechnology. 2005. T. 16, № 7. C. S626-S632.

64. Zeng Q., Jiang X., Yu A., Lu G. Growth mechanisms of silver nanoparticles: a molecular dynamics study // Nanotechnology. 2007. T. 18, № 3. C. 035708.

65. Lepeshkin N. N., Kim W., Safonov V. P., Armstrong R. L., White C. W., Zuhr R. A., Shalaev V. M. Optical nonlinearities of metal-dielectric composites // Nonlinear Optical Physics and Materials. 1999. T. 8, № 2. C. 191-210.

66. Журавлев Ф. А., Орлова H. А., Плеханов А. И., Раутиан С. Г., Сафонов В. П., Шелковников В. В. Гигантская нелинейная восприимчивость тонких пленок с комплексами молекулярный .1-агрегат - металлический кластер // Письма в ЖЭТФ. 1992. Т. 56, № 5. С. 264-267.

67. Shalaev V. М., Poliakov Е. Y., Markel V. A. Small-particle composites. II. Nonlinear optical properties // Phys. Rev. B. 1996. T. 53, № 5. C. 2437.

68. Аверьянов Е. М. Эффекты локального поля в оптике жидких кристаллов. Новосибирск: Наука, 1999. 552 с.

69. Аверьянов Е. М. Проявление различия локальной симметрии каламитных и дискоидных псматиков в их спектральных свойствах//Письма в ЖЭТФ. 1997. Т. 66, № 12. С. 805-810.

70. Аверьянов Е. М. Спектральные особенности каламитных и дискоидных нематиков, связанные с различием их локальной симметрии // Оптический журн. 1998. Т. 65, № 7. С. 5-15.

71. Stockman М. I. Trends in Nanoplasmonics // Proceedings of SPIE. 2005. T. 5927. C. 1-53.

72. Bozhevolnyi S. Г., Shalaev V. M. Nanophotonics with Surface Plasmons // Photonics Spectra. 2006. T. 40. C. 66-71.

73. Gelbart W. M., Sear R. P., Heath J. R., Chaney S. Array Formation in Nano-colloids: Theory and Experiment in 2D // Faraday Discussions. 1999. T. 112. C. 299-306.

74. Карпов С. В., Исаев И. Л., Гаврилюк А. П., Герасимов В. С., Грачев А. С. Общие закономерности кристаллизации наноструктурированных дисперсных систем // Коллоидный журнал. 2009. Т. 71, № 3. С. 314-329.

75. Карпов С. В., Исаев И. Л., Гаврилюк А. П., Герасимов В. С., Грачев А. С. Кинетика кристаллизации наноструктурированных дисперсных

систем // Коллоидный журнал. 2009. Т. 71, № № 3. С. 342-346.

76. Карпов С. В., Исаев И. Л., Шабанов В. Ф., Гаврилюк А. П., Герасимов В. С., Грачев А. С. Спонтанная кристаллизация коллоидов // ДАН. 2009. Т. 424, № 4. С. 469-473

77. Motte L., Lacaze Е.. Maillard М., Pileni М. P. Self-Assemblies of Silver Sulfide Nanocrystals on Various Substrates // Langmuir. 2000. T. 16. C. 3803-3812.

78. Lu Y., Yin Y., Li Z.-Y., Xia Y. Synthesis and Self-Assembly of Au@Si02 Core-Shell Colloids // Nano Letters. 2002. T. 2, № 7. C. 785-788.

79. Chan C.-H., Chen C.-C., Huang C.-K., Weng W.-H., Wei H.-S., Chen H., Lin H.-T., Chang H.-S., Chen W.-Y., Chang W.-H., Hsu T.-M. Self-assembled free-standing colloidal crystals // Nanotechnology. 2005. T. 16. C. 1440-1444.

80. Brongersma M. L. Towards CMOS compatible plasmonics and nanophotonics // Proceedings of SPIE. 2005. T. 5927. C. 42-43.

81. Choi D., Blomgren G. E., Kumta P. N. Fast and Reversible Surface Redox Reaction in Nanocrystalline Vanadium Nitride Supercapacitors // Advanced Materials. 2006. T. 18, № 9. C. 11 781 182.

82. Cilrin D. S. Coherent Excitation Transport in Metal-Nanoparticle Chains // Nano Letters. 2004. T. 4, №9. C. 1561-1565.

83. Foos E. E., Wilkinson J., Makkinen A. J., Watkins N. J., Kafafi Z. IT, Long J. P. Synthesis and Surface Composition Study of CdSe Nanoclusters Prepared Using Solvent Systems Containing Primary, Secondary, and Tertiary Amines // Chem. Matter. 2006. Т. 18, № 12. C. 2886-2894

84. Moskovits M. Surface-enhanced Raman spectroscopy: a brief retrospective // J. Raman Spectroscopy. 2005. T. 36, № 6. C. 485-496.

85. Prodan E., Norlander P. Plasmon hybridization in spherical nanoparticles // .Г. Chem. Phys. 2004. T. 120, № 11. C. 5444-5454.

86. Sundararajan S. P., Steele J. M., Flalas N. J. Propagation of surface plasmons on Ag and Cu extended one-dimensional arrays on silicon substrates // Appl. Physics Lett. 2006. T. 88. C. 0631 1563 11 7.

87. Uhlenhaut D. Т., Smith P., Caseri W. Color Switching in Gold—Polysiloxane Elastomeric Nanocomposites // Advanced Materials. 2006. T. 18, № 13. C. 1653-1656.

88. Wang H., Brandl D. W., Le F., Nordlander P., Halas N. J. Nanorice: A Hybrid Plasmonic Nanostructure // Nano Letters. 2006. T. 6, № 4. C. 827-832.

89. Sioss J. A., Keating C. D. Batch Preparation of Linear Au and Ag Nanoparlicle Chains via Wet Chemistry // Nano Letters. 2005. T. 5, № 9. C. 1779-1783.

90. Баранчиков A. E., Иванов В. К., Третьяков Ю. Д. Сонохимический синтез неорганических материалов // Успехи Химии. 2007. Т. 76, № 2. С. 147-168

91. Denkov N. D., Velev О. D., Kralchevski P. A., Ivanov I. В., Yoshimura H., Nagayama К. Mechanism of formation of two-dimensional crystals from latex particles on substrates // Langmuir. 1992. T. 8, № 12. C. 3183-3190.

92. Kiely C. J., Fink J., Brust M., Bethell D., Schiffrin D. J. Spontaneous ordering of bimodal ensembles of nanoscopic gold clusters //Nature. 1998. T. 396. C. 444-446.

93. Карпов С. В., Исаев И. Л., Гаврилюк А. П., Герасимов В. С., Грачев А. С. Дефекты коллоидных кристаллов // Коллоидный журнал. 2009. Т. 71. № 3. С. 330-341.

94. Хлебцов Б. Н., Ханадеев В. А., Хлебцов Н. Г. Коллективные плазмонные резонансы в монослое металлических наночастиц и нанооболочек. // Оптика и спектроскопия. 2008. Т. 104, № 2. С. 324-337.

95. Quinten М. Local fields close to the surface of nanoparticles and aggregates of nanoparticles // Appl. Phys. B. 2001. T. 73, № 3. C. 245-255.

96. Russier V., Pileni M. P. Optical absorption spectra of arrays of metallic particles from cluster calculations Cluster size and shape effects // Appl. Phys. B. 1999. T. 425. C. 313-325.

97. Bouhelier A., Bachelot R., Seo I. J., Wiederrecht G. P., Lerondel G., Kostcheev S„ Royer P. Elecrromagnclic interactions in plasmonic nanoparticles arrays // Phys. Chem. B. 2005. T. 109, № 8. C. 3195-3198.

98. Карпов С. В., Попов А. К., Слабко В. В. Фотохромные реакции в нанокомпозитах серебра с фрактальной структурой и их сравнительные характеристики // ЖТФ. 2003. Т. 73. С. 90-98.

99. Карпов С. В., Слабко В. В., Чиганова Г. А. О причинах фотостимулированной агрегации золей металлов // Коллоидный журнал. 2002. Т. 64, № 4. С. 474-492.

100. Zhou J., Scdev R., Beattie D., Ralston J. Light-Induced Aggregation of Colloidal Gold Nanoparticles Capped by Thymine Derivatives // Langmuir. 2008. T. 24. C. 4506-45 1 I.

101. Slabko V. V., Karpov S. V./Zaitsev V. I., Zhenhua G., Popov A. K., Zaiguang L., Dongsheng L., Yongchang F., Chengwu A. PHotostimulated aggregation of ultradispersiodal silver particles into fractal dusters // Phys.: Condens. Matter. 1993. T. 5. C. 7231-7238.

102. Карпов С. В., Кодиров М. К., Ряснянский А. И., Слабко В. В. Нелинейная рефракция гидрозолей серебра в процесск их агрегации //Нелинейно-оптические явления и приборы. 2001. Т. 31. № 10. С. 904-908.

1 03. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Электродинамика сплошных сред. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 656 с.

104. Lucarini V. Kramers-Kronig relations in optical materials research. Springer scries in optical sciences. Berlin ; London: Springer, 2005. T. 110: Springer series in optical sciences. 160 c.

105. Peiponen K.-E., Saarinen J. J. Generalized Kramers-Kronig relations in nonlinear optical- and THz-spectroscopy // Rep. Prog. Phys. 2009. T. 72. C. 056401-1-19.

106. Карпов С. В., Исаев И. Л., Гаврилюк А. П., Герасимов В. С. Фотостимулированная агрегация электростатически стабилизированных гидрозолей металлов // Инженерная физика. 2008. №6. С. 18-19.

107. Гаврилюк А. П., Исаев И. Л., Карпов С. В., Герасимов В. С. Электростатические взаимодействия наночастиц с двойным электрическим слоем в золях металлов: исследования методом броуновской динамики // Инженерная физика. 2008. № 6. С. 14-1 7.

108. Карпов С. В., Герасимов В. С., Грачев А. С., Исаев И. Л., Подавалова О. П., Слабко В. В. Экспериментальные проявления взаимосвязи локальной структуры агрегатов наночастиц серебра и их оптических свойств // Коллоидный журнал. 2007. Т. 69, № 2. С. 170-179.

109. Karpov S. V., Gerasimov V. S., Isaev I. L., Markel V. A. Spectroscopic studies of fractal aggregates of silver nanospheres undergoing local restructuring // J. Chem. Phys. 2006. T. 125. C. 111101-11 1104.

110 Герасимов В С Взаимосвязь структурных и оптических xapaKicpuci пк самоорганизующихся плазмонно-резонансных наноколлоидов Диссертация на соискание уч с iспени канд физ -мат наук, Институт физики им JI В Киренского Сибирского отделения РАН Красноярск, 2011 135 с

I 1 I Исаев И Л Образование кристаллических и фрактальных структур в ансамблях наночастиц и плазменных средах под действием оптического излучения Диссертация на соискание уч с1епсни канд физ-мат наук, Институт физики им J1B Киренского Снбирско! о 01 деления РАН Красноярск, 201 1 176 с

112 Johnson Р B.ChnstyR W Optical Constants of the Noble Metals // Phys Rev В 1972 T 6 №12 С 4370-4379

1П Ilaiaiicon Э M, Ульбер! 3 P Коллоидные металлы и меыллополнмсры Киев Наук 1умка 1971 346 с

I 14 Лаврова И С Практикум по коллоидной химии / Под ред Лаврова И С М Высшая школа 1983 216 с

115 Воюнкни С С Курс коллоидной химии М Изд-во Химия, 1976 512 с

116 Фри фпхебер! Д А Курс коллоидной химии Л Изд-во Химия, 1976 351 с

117 Щукин Е Д , Перцов А В , Амелина Е А Коллоидная химия М Изд-во МГУ 1982 351 с

118 Saiychcv А К Shubin V A. Shalaev V М Peicolation-enhanccd nonlincai scattenng fiom metal-diclccii ic composite;,//Phys Rev E 1999 T 59 С 7239-7242

119 Giesillon S Aigouy L, Boccaia A C, Rivoal 1 C, Quehn X Dcsmaicst С Gadcnnc P Shubin V A, Saiychcv А К, Shalaev V M Expenmental Obseivation of Localized Optical Excitations in Random Metal-Dielectnc Films//Phys Rev Lett 1999 T 82, № 22 С 4520-4523

120 Khlebtsov N G . Melnikov A G Xu Y-1 Electiomagnetic and light scattci mg by non-sphencal paiticles Univeisitat Biemen Bicmen , 2003 147-151 с

121 Карпов С В Герасимов В С, Исаев И Л, Обущенко А В Моделирование pocia arpeiaioB наночастиц воспроизводящее их естественную структуру в дисперсных спыемах // Комлопдиыи журнал 2006 Т 68, № 4 С 484-493

122 Lin S Li М Duiaidin Е Gnatd С Mann S One-Dimensional Plasmon Coupling by Facile Sell-Assembly of Gold Nanopaiticles into Blanched Chain N'etvvoiks // Advanced Matenah 2005 1 17 №21 С 2553-2559

123 Fujila M Yamaguchi Y Simulation model of concentiated colloidal nanopaiticulatc flows // Phys Rev E 2008 T 77, № 2 С 026706-026719

124 Lebowitz J L, Pcicus J К Theimodynamic Piopeitics oi Small Systems//Phys Rev 1961 T

124 С 1673-1681

125 Рит M I [аноконструирование в науке и технике М РХД Ижевск 2005 160 с

126 Хсерман Д В Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике / Под ред Ахманова С А М Наука Гл ред физ-мат лит, 1990 176 с

127 Heath 1 R Knoblei С M,LeffD V Piessuie/Tempeiatuie Phase Diagiams and Supcilattices of Oiganically Functionalized Metal Nanociystal Monolayeis The Influence of Paiticle Size Size Dish ibution and Suiface Passivant//Phys Chem В 1997 T 101 j> 2 С 189-197

128 Nikoobakht В , Wang Z L , El-Sayed M A Self-Assembly of Gold Nanoiods // J Phys Chem В 2000 T 104, N°36 С 8635-8640

129 3omai Г , LLhренге R Коа1уляция и устойчивость дисперсных систем / Под ред Усьярова

0 Г Л Химия, 1979 152 с

130 Дерягин Б В Теория устойчивости коллоидов и тонких пленок М Наука 1986 205 с

131 Лантау Л Д , Лифшиц Е М Теоретическая физика Теория упругоеiи М Фпзмсилш

2003 264 с

132 1 cwis I A Colloidal Ptocessing of Cciamics // Am Cciam Soc 2000 T 83 № 10 С 23412359

1 3 > Rozenbcig В A , Tenne R Polymei assisted fabucation of nanopai tides and nanocomposites // Piogiess in Polymei Science 2008 T 33, № 1 С 40-112

134 Измайлова В H, Ямпольская Г П, Сумм Б Д Поверхпоы ные явления в белковых cncicMax М Химия 1988 238 с

135 Фролов Ю Г Курс коллоидной химии М Химия, 1982 400 с

136 Ansell С С Dickinson Е Shoit-iange structuie of simulated colloidal aggicgates // Phys Rev A 1987 T 35 №5 С 2349-2352

137 Enuslun В V Tuikcvich I Coagulation of Colloidal Gold//Am Chem Soc 1963 T Vol 85 Ny 21 С 3317-3328

138 Aldei В I , Wainwnght T E Studies in Moleculai Dynamics II Behavioi of a Small Numbei of Elastic Sphcies//Chem Phys 1960 T 33, № 5 С 1439-1451

139 L'Ecuyci P Unifoim Random Numbei Geneiation//Annals of Opeiations Rcseaich 1994 T 53 С 77-120

140 Map и,шов Г В Вычисление функции нормального распредепения М ВИНИТИ 1979 84 с

141. Brysbaert M. Algorithms for randomness in the behavioral sciences: A tutorial // Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 1991. T. 23, № I. C. 45-60.

142. Ohara P. C., Leff D. V., Heath J. R., Gebart W. M. Crystallization of Opals from Polydisperse Nanoparticles // Phys. Rev. Lett. . 1995. T. 75, № 19. C. 3466-3469.

143. Zhou Z., Zhao X. S. Flow-Controlled Vertical Deposition Method for the Fabrication of Photonic Crystals // Langmuir. 2004. T. 20, № 4. C. 1524-1526.

144. Калинин Д. В., Сердобинцева В. В., Шабанов В. Ф. Послойный ступенчатый механизм роста фотонно-кристаллических опаловых пленок при выращивании их методом подвижного мениска //ДАН. 2008. Т. 420, № 2. С. 179-181

145. Kiely С. .!., Fink .Г., Zheng J. G., Brust M., Bethell D., Schiffrin D. J. Ordered Colloidal Nanoalloys // Advanced Materials. 2000. T. 12, № 9. C. 640-643.

146. Нагаев Э. Л. Малые металлические частицы // Успехи физ. наук. 1992. Т. 162, № 9. С. 49124.

147. Wood D. М. Classical Size Dependence of the Work Function of Small Metallic Spheres // Phys. Rev. Leu. 198 I. T. 46. C. 749-749.

148. Нагаев Э. Л. Избранные труды. М.: Физматлит, 2004. 320 с.

149. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1987. 791 с.

150. Ershov А. Е., Isaev I. L., Semina P. N., Markel V. A., Karpov S. V. Effects of size polydispersity on the extinction spectra of colloidal aggregates of silver nanoparticles. // Phys. Rev. B. 2012. T. 85. C. 045421-045430.

151. Карпов С. В., Исаев И. Л., Герасимов В. С., Грачев А. С. Изменение спектров экстинкции агрегатов наночастиц в процессе их деформации при осаждении на плоскую диэлектрическую подложку // Коллоидный журнал. 2011. Т. 73, № 2. С. 195-205.

152. Карпов С. В., Исаев И. Л. Молекулярно-дипамические исследования условий проявления фотосгимулированного структурообразования в наноразмерных аэрозолях металлов // Инженерная физика. 2009. № 3. С. 38-41.

153. Popov А. К., Tanke R. S., Brummer J., Taft G., Loth M., Langlois R., Wruck A., Schmitz R. Laser-stimulated synthesis of large fractal silver nanoaggregates // Nanotechnology. 2006. T. 17, № 8. C. 1901-1905.

154. Гаврилюк А. П., Исаев И. Л., Карпов С. В., Герасимов В. С. Применение метода броуновской динамики для исследования формирования двойного электрического слоя наночастиц в гидрозолях металлов // Инженерная физика. 2008. № 4. С. 70-72.

155. Gavrilyuk A. P., Karpov S. V. Processes in resonant domains of metal nanoparticle aggregates and optical nonlincarity of aggregates in pulsed laser fields // Applied Physics B: Lasers and Optics. 2009. T. 97. № l.C. 163-173.

156. Gavrilyuk A. P., Karpov S. V. Dynamic changes of optical characteristics of resonant domains in metal nanoparticle aggregates under pulsed laser fields // Applied Physics B: Lasers and Optics. 2011. T. 102. № l.C. 65-72.

157. Sheik-Bahae M., Said A. A., Wei T., Hagan D. .Г., Van Stryland E. W. Sensitive measurement of optical nonlincarities using a single beam // Quantum electronics. 1990. T. 26. № 4. C. 760-769.

158. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. М.: ФР13МАТЛИТ, 2005. 792 с. (3)

159. Ganeev R. A., Ryasnyansky А. I., Kamalov S. R., Kodirov M. К., Usmanov Т. Nonlinear susceptibilities, absorption coefficients and refractive indices of colloidal metals // Phys. D: Appl. Phys. 2001. T. 34. C. 1602-1611.