Ця стаття присвячена теоретичному дослідженню плазмонних властивостей періодично розташованих масивів наночастинок золота. Програмне забезпечення Comsol Multiphysics, яке базується на методі скінченних елементів, було використано для побудови числових 3D моделей для моделювання та проведення досліджень. У роботі досліджено розподіл електричного поля та оптичні характеристики масиву сферичних наночастинок золота. Індивідуальні локалізовані моди поверхневого плазмонного резонансу зазнають впливу коли металеві наночастинки знаходяться в безпосередній близькості, і в результаті електричні ближні поля можуть з’єднуватися, створюючи новий гібридний режим. Ми зосередилися, в основному, на дослідженні двох ключових питань, а саме впливу відстані між поверхнями наночастинок та впливу показника заломлення навколишнього середовища на кінцевий оптичний відгук масивів наночастинок золота. Масив періодично розташованих наночастинок золота характеризується підсиленим локальним електричним полем між наночастинками, яке обернено пропорційне відстані між поверхнями частинок. Напруженістю поля та оптичними властивостями (відбиванням, пропусканням і поглинанням) можна зручно керувати, змінюючи відстань між частинками. Крім того, розглянуто їх потенційне застосування в якості чутливого сенсорного елемента. Досліджена структура має значний потенціал для практичного застосування завдяки широкому діапазону робочих довжин хвиль і простоті високопродуктивного виготовлення. В ході проведення дослідження було встановлено, що зміна відстані між поверхнею наночастинок на 1 нм призводить до вагомого зміщення спектральних кривих пропускання та розсіяння на спектральній шкалі. Крім цього, результати дослідження показали, що збільшення відстані між поверхнями наночастинок призводить до значного зниження ближньопольової взаємодії між наночастинками золота в масиві. Отже, отримані результати можуть бути успішно використані при виготовленні вискочутливих плазмонних сенсорів із можливістю контролю чутливості та робочого спектрального діапазону.
[1] Coviello, V., Forrer, D., & Amendola, V. “Recent developments in plasmonic alloy nanoparticles: synthesis, modelling, properties and applications” in ChemPhysChem, Vol. 23, no 21, pp. e202200136, 2022,
DOI: 10.1002/cphc.202200136.
[2] Yesudasu, V., Pradhan, H. S., & Pandya, R. J. “Recent progress in surface plasmon resonance-based sensors: A comprehensive review”. In Heliyon, Vol. 7, no 3, pp. e06321, 2021, DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.e06321.
[3] Dey, D., & Schatz, G. C. “Plasmonic surface lattice resonances in nanoparticle arrays” In MRS Bulletin, pp. 1-10, 2024, DOI: 10.1557/s43577-023-00629-x.
[4] Lee, S., Sim, K., Moon, S. Y., Choi, J., Jeon, Y., Nam, J. M., & Park, S. J. “Controlled assembly of plasmonic nanoparticles: from static to dynamic nanostructures” in Advanced Materials, Vol. 33, no 46, pp. 2007668, 2021, DOI:10.1002/adma.202007668.
[5] Jeong, H. H., Adams, M. C., Günther, J. P., Alarcón-Correa, M., Kim, I., Choi, E., ... & Fischer, P. “ Arrays of plasmonic nanoparticle dimers with defined nanogap spacers”, In ACS nano, Vol.13, no 10, pp. 11453-11459, 2019, DOI: 10.1021/acsnano.9b04938.
[6] Yu, H., Peng, Y., Yang, Y., & Li, Z. Y. “Plasmon-enhanced light–matter interactions and applications”, In npj Computational Materials, Vol.5, no 1, p.45, 2019, DOI: 10.1038/s41524-019-0184-1.
[7] Alzoubi, F. Y., Ahmad, A. A., Aljarrah, I. A., Migdadi, A. B., & Al-Bataineh, Q. M. “Localize surface plasmon resonance of silver nanoparticles using Mie theory” In Journal of Materials Science: Materials in Electronics, Vol.34, no 32, pp.2128, 2023, DOI: 10.1007/s10854-023-11304-x.
[8] Akbari-Moghanjoughi, M. “Photo-plasmonic effect as the hot electron generation mechanism” In Scientific Reports, Vol.13, no 1, pp.589, 2023, DOI: 10.1038/s41598-023-27775-1.
[9] Tang, H., Chen, C. J., Huang, Z., Bright, J., Meng, G., Liu, R. S., & Wu, N. “Plasmonic hot electrons for sensing, photodetection, and solar energy applications: A perspective”, In the Journal of Chemical Physics, Vol.152, no 22, pp. 220901, 2020, DOI: 0.1063/5.0005334.
[10] Gargiulo, J., Berté, R., Li, Y., Maier, S. A., & Cortés, E. “From optical to chemical hot spots in plasmonics” In Accounts of chemical research, Vol.52, no 9, pp. 2525-2535, 2019, DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00234.
[11] Kumar, R., Agarwal, S., Pal, S., Prajapati, Y. K., & Saini, J. P. “Enhanced refractive index sensing using a surface plasmon resonance sensor with heterostructure”, In Micro and Nanostructures, Vol. 183, pp. 207656, 2023, DOI: 10.1016/j.micrna.2023.207656.
[12] Huo, Z., Li, Y., Chen, B., Zhang, W., Yang, X., & Yang, X. “Recent advances in surface plasmon resonance imaging and biological applications” In Talanta, Vol. 255, pp.124213, 2023, DOI: 10.1016/j.micrna.2023.207656.
[13] Philip, A., & Kumar, A. R. “The performance enhancement of surface plasmon resonance optical sensors using nanomaterials: A review”, In Coordination Chemistry Reviews, Vol. 458, pp. 214424, 2022, DOI: 10.1016/j.ccr.2022.214424.
[14] Patil, T., Gambhir, R., Vibhute, A., & Tiwari, A. P. “Gold nanoparticles: Synthesis methods, functionalization and biological applications” In Journal of Cluster Science, Vol. 34, no 2, pp. 705-725, 2023, DOI: 10.1007/s10876-022-02287-6.
[15] Fitio, V., Yaremchuk, I., Vernyhor, O., & Bobitski, Y. “Resonance of surface-localized plasmons in a system of periodically arranged gold and silver nanowires on a dielectric substrate”, In Applied Nanoscience, Vol. 8, pp.1015-1024, 2018, DOI: 10.1007/s13204-018-0686-z.
[16] Sabat, L., & Kundu, C. K. “History of finite element method: a review”, In Recent Developments in Sustainable Infrastructure: Select Proceedings of ICRDSI 2019, pp. 395-404, 2020, DOI: 10.1007/978-981-15-4577-1_32.