В роботі проведено дослідження механізму локалізованого поверхневого плазмонного резонансу у металевих наночастинках, інкорпорованих в органічні матриці. Проаналізовано фізичну природу плазмонних збуджень як когерентних коливань електронного газу зони провідності, що виникають при взаємодії з електромагнітним випромінюванням. Вказано, що на відміну від поверхневих плазмон-поляритонів, які розповсюджуються вздовж протяжної межі поділу метал-діелектрик, локалізовані плазмони обмежені об'ємом наночастинок і проявляють радіаційні властивості. Досліджено дисперсійні характеристики поверхневих плазмон-поляритонів для систем срібло-органічний матеріал та золото-органічний матеріал, які демонструють значні відхилення від лінійної залежності, притаманної вільному електромагнітному випромінюванню. Показано, що плазмонні моди характеризуються підвищеним значенням хвильового вектора порівняно з фотонами аналогічної енергії, що обумовлює ефект поверхневого збудження та інтенсивну просторову локалізацію оптичного поля. Було виявлено два основні фізичні механізми, що контролюють розмірні кореляції характеристик плазмонів. Проаналізовано розмірні кореляції частотних та спектрально-ширинних характеристик локалізованого поверхневого плазмонного резонансу. Для великих наночастинок з діаметром більше 20 нм збільшення геометричних розмірів супроводжується довгохвильовим зміщенням резонансу внаслідок ефекту запізнювання, пов'язаного зі скінченністю швидкості електромагнітних збуджень. Для ультрамалих наночастинок з діаметром менше 20 нм домінують квантово-розмірні ефекти, коли лінійні розміри стають співмірними з довжиною вільного пробігу електронів, що призводить до розширення спектральної напівширини через інтенсифікацію поверхневого розсіювання носіїв заряду. Отримані результати демонструють, що розмірні кореляції резонансних частот поверхневих плазмонів у металевих наночастинках контролюються комплексом конкуруючих фізичних процесів, внесок яких варіює залежно від розмірного діапазону та специфіки матеріальної системи. Отримані результати дозволять поглибити фундаментальне розуміння механізмів взаємодії плазмонів і фотонів у нанокомпозитних системах, створивши теоретичну основу для цілеспрямованого проектування плазмонних наноструктур із конкретними функціональними властивостями.
[1] Kant, K., Beeram, R., Cabaleiro, L. G., Cao, Y., Quesada-González, D., Guo, H., ... & Pastoriza-Santos, I. “Roadmap for plasmonic nanoparticle sensors: current progress, challenges and future prospects”. In Nanoscale Horizons, 2024. DOI: 10.1039/D4NH00226A
[2] Farooq, S., & Zezell, D. M. “Advances in metallic-based localized surface plasmon sensors for enhanced tropical disease detection: a comprehensive review”. In Plasmonics, Vol. 19, No. 4, pp. 1721–1742, 2024. https://doi.org/10.1007/s11468-023-02109-z
[3] Lapointe, J., Grégoire, A., Bérubé, J. P., & Vallée, R. “Enhancing evanescent wave coupling of near-surface waveguides with plasmonic nanoparticles”. In Sensors, Vol. 23, No. 8, pp. 3945, 2023. https://doi.org/10.3390/s23083945
[4] Otanicar, T. P., DeJarnette, D., Hewakuruppu, Y., & Taylor, R. A. “Filtering light with nanoparticles: a review of optically selective particles and applications”. In Advances in Optics and Photonics, Vol. 8, No. 3, pp. 541–585, 2016. https://doi.org/10.1364/AOP.8.000541
[5] Zheng, J., Fu, Y., Wang, J., Zhang, W., Lu, X., Lin, H. Q., ... & Wang, J. “Circularly polarized OLEDs from chiral plasmonic nanoparticle-molecule hybrids”. In Nature Communications, Vol. 16, No. 1, pp. 1658, 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-57000-8
[6] Mcoyi, M. P., Mpofu, K. T., Sekhwama, M., & Mthunzi-Kufa, P. “Developments in localized surface plasmon resonance”. In Plasmonics, Vol. 20, No. 7, pp. 5481–5520, 2025. https://doi.org/10.1007/s11468-024-02620-x
[7] Дмитрук, М. Л., & Малинич, С. З. “Поверхневi плазмоннi резонанси та їх прояв у оптичних властивостях наноструктур благородних металiв”. У Укр. фiз. журн. Огляди, Т. 9, № 1, с. 3–37, 2014. URL: https://www.researchgate.net/profile/Serhiy_Malynych/publication/
[8] Tokita, M., Inoue, T., & Nakajima, A. “Localized Surface Plasmon Resonances of Size-Selected Gold and Copper Nanoclusters Soft-Landed on a C60 Organic Substrate”. In ACS Photonics, 2025. https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5c00440
[9] Sartori, B., & Marmiroli, B. “Recent advances in the functionalization of cellulose substrates for SERS sensors with improved performance”. In Frontiers in Nanotechnology, Vol. 7, pp. 1599944, 2025. https://doi.org/10.3389/fnano.2025.1599944
[10] Aldaleeli, N., Darwesh, R., Madani, M., Alqisoom, S. D., Haque, M. A., Elbasiony, A. M., ... & Ghobashy, M. M. “Gold nanocrystals and nanorods functionalized with protein and polymeric ligands for environmental, energy storage, and diagnostic applications: A review”. In Nanotechnology Reviews, Vol. 14, No. 1, pp. 20250170, 2025. https://doi.org/10.1515/ntrev-2025-0170
[11] Zhu, J., Jin, G., & Qin, L. “High-efficiency and cost-effective manufacturing of solar cells based on localized surface plasmonic resonance”. In Optical Materials, Vol. 141, pp. 113897, 2023. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.113897
[12] Ma, J., Song, J., Cheng, Y., & Sun, M. “Plexciton and electron–phonon interaction in tip‐enhanced resonance Raman scattering”. In Journal of Raman Spectroscopy, Vol. 52, No. 10, pp. 1685–1697, 2021. https://doi.org/10.1002/jrs.6191
[13] Єщенко, О. А. Плазмоніка: Навчальний посібник для студентів фізичних спеціальностей університетів. Київ: Фенікс, 2013. – 176 с.
[14] Tian, X., Zhang, B., Song, L., Bao, J., Yang, J., Sun, L., ... & Song, C. “New Trends in SERS Substrates With Micro‐and Nanostructures: Materials, Substrates, Preparation, and Applications”. In Battery Energy, pp. 70023, 2025. https://doi.org/10.1002/bte2.20240053
[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. https://doi.org/10.1007/s13204-018-0686-z