Влияние формы и ориентации наночастиц на спектральные характеристики композитных сред с включениями золота

Предмет исследования. Спектральные характеристики поглощения и пропускания композитных сред, содержащих золотые наночастицы эллипсоидальной формы с различным соотношением полуосей эллипсоида вращения. Цель работы. Установить влияние формы частиц, угла падения излучения и поляризации волны оптического излучения на спектральные характеристики коэффициентов отражения и пропускания композитных сред с золотыми наночастицами. Метод. Использовалась модель эффективной среды Максвелла Гарнетта. Основные результаты. На основе модификации модели Максвелла Гарнетта с учётом фактора деполяризации разработан алгоритм расчёта спектральных характеристик композитной среды. Проведён расчёт спектральных зависимостей показателя преломления и коэффициента экстинкции композитной среды, состоящей из полистирола и наночастиц золота эллипсоидальной формы. Установлено, что для частиц эллипсоидальной формы существенную роль играет ориентация частиц в композитной среде. Показано, что амплитуда пика коэффициента экстинкции зависит от формы частиц, введённых в диэлектрическую матрицу. Исследование спектральных характеристик коэффициента пропускания показало наличие плазмонного резонансного поглощения, величина которого зависела от формы и ориентации частиц в композитной среде. Наблюдался спектральный сдвиг пика плазмонного резонанса с 518 до 640 нм при изменении формы наночастиц. Практическая значимость. Результаты исследований позволяют прогнозировать оптические свойства композитных сред, содержащих наночастицы различной формы, что важно для выбора материалов с заданными свойствами в соответствии с их предназначением.

Subject of study. Spectral characteristics of absorption and transmission of composite media containing spherical and ellipsoidal gold nanoparticles. Aim of study. To establish the influence of particle shape, angle of incidence of radiation and light wave polarization on the spectral characteristics of the reflection and transmission coefficients of composite media with spherical and ellipsoidal gold nanoparticles. Method. The Maxwell Garnett effective medium model was used. Main results. Based on the modification of the Maxwell Garnett model taking into account the depolarization factor, an algorithm for calculating the spectral characteristics of the composite medium has been developed. The spectral dependences of the refractive index and extinction coefficient of a composite medium consisting of polystyrene and ellipsoidal gold nanoparticles were calculated. It is found that for particles of ellipsoidal shape, the orientation of the particles in the composite medium plays an essential role. It is shown that the amplitude of the extinction coefficient peak depends on the shape of the particles introduced into the dielectric matrix. The study of the spectral characteristics of the transmittance showed the presence of plasmon resonance absorption, the magnitude of which depended on the shape and orientation of the particles in the composite medium. A spectral shift of the plasmon resonance peak from 518 nm to 640 nm was observed when the shape of the nanoparticles changed. Practical significance. The research results make it possible to predict the optical properties of composite media containing nanoparticles of various shapes, which is important for choosing materials with desired properties in accordance with their purpose.