Оптичні властивості металевих нанокластерів - студопедія
Спектри поглинання металевих нанокластерів характеризуються інтенсивної широкою смугою, яка відсутня у масивних матеріалів. Ця смуга пов'язана з колективним збудженням електронів провідності (появою квазичастиц-поверхневих плазмонів).
Колоїдні розчини та гранульовані плівки інтенсивно забарвлюються через оптичних властивостей наночастинок. Розбавлені колоїдні розчини благородних, лужних і рідкоземельних металів утворюють колірну гамму від червоного до синього кольорів. Гранульовані плівки золота з частинок розміром 4 нм мають максимум поглинання в діапазоні 560-600 нм (червоний колір). Гранульовані плівки з металу зменшують поглинання світла при переході з видимого світла в інфрачервоний діапазон, а масивні метали, навпаки, збільшують поглинання з ростом довжини хвилі.
Плазмонний ефект полягає в резонансному поглинанні нанокластер падаючого електромагнітного випромінювання.
Уявна частина діелектричної проникності ансамблю 10 10 -10 13 наночастинок (дисперсія) обернено пропорційна радіусу наночастинки
Де -мнімая частина діелектричної проникності макрокрісталла, -деяка функція частоти.
Від розміру частинок залежить ширина смуги поглинання і форма її низькочастотного краю.
Експерименти і розрахунки показують, що зрушення частоти резонансу для нанокластеров металу в основному визначається діелектричної проникністю матриці (оточення нанокластера). Якщо варіювати межкластерное взаємодія і діелектричну проникність можна формувати наноматеріали зі зміненою довжиною хвилі плазмонного поглинання і кольору наноструктури. Тунельне проходження електрона через бар'єр між нанокластерами в колоїдному розчині може використовуватися при створенні нових наноматеріалів.
Металеві нанокластери в оптичних стеклах
Кольорове вітражне скло середньовічних соборів, містить нанорозмірні металеві частинки. Розмір наночастинок золота впливає на оптичний спектр поглинання кварцового скла (окису кремнію) у видимому діапазоні. Спектри поглинання металевих нанокластерів характеризуються інтенсивної широкою смугою, яка відсутня у масивних матеріалів.
При дуже високих частотах електрони провідності в металах поводяться як плазма -Електрична нейтральний іонізований газ. У плазмі твердого тіла негативні заряди -Електронна, позитивні заряди-іони решітки. Якщо кластери мають розміри менше довжини хвилі падаючого світла, і не взаємодіють один з одним, то електромагнітна хвиля викликає коливання електронної плазми приводить до її поглинання. При збігу власної частоти коливань електронів і частоти зовнішнього електричного поля хвилі виникає резонансне поглинання металевим нанокластер падаючого електромагнітного випромінювання. Колективне рух електронів описується як газ квазічастинок плазмонів володіють енергією (-власний частота плазмонів).
Для обчислення залежності коефіцієнта поглинання від довжини хвилі використовують класичну теорію розсіювання Мі. Коефіцієнт поглинання маленької сферичної частинки металу. що знаходиться в непоглощающіх середовищі Пул139 +
Де-концентрація сфер обсягом. . - дійсна і уявна частини комплексної діелектричної проникності сфер, -Показник заломлення непоглощающіх середовища,-довжина хвилі падаючого світла.
Профіль лінії поглинання в області резонансу має лоренцова форму. Для нанокластеров розміром багато менше довжини хвилі резонансна частота визначається формулою
Де-щільність електронів, електрична постійна СІ. -маса елнктрона, дійсний частина діелектричної проникності середовища -компонента пов'язана з міжзонними переходами в нанокластер.
Іншим важливим для технології властивістю композитних металізованих стекол є оптична нелінійність - залежність показників заломлення від інтенсивності падаючого світла.
Нелінійні оптичні ефекти можна використовувати при створенні оптичних ключів, які стануть основними елементами фотонного комп'ютера.
Нелінійність характеризується поляризацією під дією напруженості електричного поля світлової хвилі
Де-діелектрична постійна середовища.
У наноматеріалах, що включають нанокластери золота і срібла, плазмонний резонанс виникає при збігу частот випромінювання лазера з частотою коливання вільних електронів в нанокластер металів. Це веде до локалізації збудження в нанокластер і до різкого посилення локального поля, яке генерується первинним випромінюванням лазера з напруженістю більше. Полімерний нанокомпозит на основі діацетіленового мономера включає кластери золота з розмірами близько 2 нм містить 7-16% металу дозволяв збільшувати в 200 раз оптичну поляризованість третього порядку. На основі такого нелінійного оптичного матеріалу можна створювати електронно-оптичні перетворювачі зі значним посиленням.