Год издания: 2024
Ключевые слова: плазмонный резонанс, локальное поле, наносенсоры, концентраторы света
Аннотация: Материалы, структурированные на наноуровне, обладают уникальными физико-химическими свойствами и обеспечивают беспрецедентные возможности, которые используются во многих важных социальных областях, таких как здравоохранение, экологические исследования, преобразование энергии. Успех здесь в значительной степени зависит от возможностПоказать полностьюей теоретического наноразмерного проектирования соответствующих материалов для их дальнейшего целенаправленного синтеза с заданными свойствами. Одна из целей настоящего проекта состоит в том, чтобы продвинуть исследования по разработке многомасштабных методов дизайна и прогнозирования новых наноматериалов за пределы текущего уровня теоретического описания и использовать эти методы в конкретных актуальных приложениях. К числу интенсивно исследуемых объектов наноплазмоники относятся несферические плазмонные наночастицы с острыми кромками, обладающие уникальными светоконцентрирующими свойствами. Эти свойства лежат в основе рамановской спектроскопии с усилением поля вблизи острия (TERS) и в методах усиления поля вблизи плазмонного острия для задач ближнепольной оптической микроскопии (TENOM). Основой этих методов является использование плазмонных наночастиц с минимально возможным радиусом кривизны острых кромок. При этом, радиус кривизны плазмонных игл, применяемых, в частности, в туннельных сканирующих устройствах, составляет на сегодняшний день около 50 нм. Недостатком таких наноэлементов является быстрая деградация формы (острых кромок) с последующей утратой светоконцентрирующих свойств. В предлагаемом проекте, с помощью развиваемой нами в последние годы многомасштабной теории, включающей атомистическое моделирование и возможные квантовые эффекты, и разрабатываемого программного обеспечения, мы планируем провести исследование нанофокусировки локального электромагнитного поля на субволновом масштабе в различных плазмонных структурах с острыми кромками (плазмонные иглы и светоконцентраторы) с учетом их размера, формы и химического состава для их использования в светоконцентрирующих плазмонных устройствах с размерами «рабочих элементов» 3-15 нм,- задачи, которые ранее не решались на атомистическом уровне для подобных систем. В конечном счете, в проекте будет предложена конструкция устойчивого к деградации плазмонного светоконцентрирующего элемента, выполняющего функцию плазмонной иглы с радиусом кривизны светоконцентрирующих кромок от 5 нм. В таких устройствах может быть достигнуто усиление локального электромагнитного поля вблизи плазмонного острия, как минимум, на порядок по сравнению с доступными в настоящее время в технологиях сферическим наночастицами с таким же числом атомов. Возможное применение результатов исследований данного проекта охватывает, в том числе, такие прикладные направления как TERS, SERS, фотовольтаику, наносенсорику, атомно-силовую и туннельную микроскопии.