компьютерное моделирование

АНАЛИЗ СПЕКТРОВ ОТРАЖЕНИЯ СТРУКТУР С
ВОЗБУЖДЕНИЕМ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПЛАЗМОНОВ ПРИ
РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ.
(КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ)
П.Г. Сычев, В.Ф. Названов
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
E-mail: sychev-pavel@yandex.ru ; Vasily.Nazvanov@sgu.ru
Уникальные свойства поверхностных плазмонов позволяют описывать это явление как одно из перспективнейших направлений развития
нанооптики [1-6].
В частности, весьма актуальным является исследование спектров отражения структур металл - J-агрегат на поверхностных плазмонах вследствие проявления эффектов взаимодействия поверхностных плазмонов с
френкелевскими экситонами J-агрегатов органических красителей [1-8].
В данной работе проведено компьютерное моделирование спектров
отражения структур «стекло - металл - j-агрегат» на поверхностных плазмонах в геометрии Кречмана, а так же структур «стекло - SiO2 - металл - jагрегат» в геометрии поверхностных плазмонов с большой длиной распространения. В ходе данного анализа проведены моделирования зависимостей коэффициента отражения от различных параметров. Моделирования
проведены при использовании пакета программ MathCAD, где коэффициент отражения структур рассчитывался при использовании формул Френеля [7] для трехслойной структуры и при использовании матричного метода
для структуры с большой длиной распространения. При расчете спектров
отражения данных структур были использованы законы дисперсии для металла и красителей [8].
Таблица 1. Параметры цианиновых красителей. Где: Е0 – частота перехода, соответствующая центру полосы поглощения; γ - ширина контура;
f - приведенная сила осциллятора [8].
Краситель
OC
Е0 (Эв)
3,04
γ (Эв)
0,039
f
0,01
λ (нм)
407,2
График 1. Спектры коэффициента отражения в зависимости от длины волны. Угол падения равен 36.2*deg. Структура «стекло - металл - j-агрегат ОС» - красная кривая.
Структура «стекло - SiO2 - металл - j-агрегат ОС» - синяя кривая.
График 2. Спектры коэффициента отражения в зависимости от длины волны. Угол падения равен 45*deg. Структура «стекло - металл - j-агрегат ОС» - красная кривая.
Структура «стекло - SiO2 - металл - j-агрегат ОС» - синяя кривая.
В работе проведено моделирование для указанных структур при различных углах падения излучения. Как можно видеть из представленных
графиков, при использовании красителя J-агрегат в качестве одного из слоев в структурах с поверхностными плазмонами, в спектрах отражения
наблюдаются два минимума, один из которых обусловлен плазмонным ре-
зонансом, другой - взаимодействием поверхностных плазмонов с экситонами красителя ОС [1,2].
График 1 представляет собой спектры коэффициента отражения в зависимости от длины волны при угле падения излучения = 36.2*deg. При
данном угле кривая «стекло - металл - j-агрегат ОС» совпадает с кривой
«стекло - SiO2 - металл - j-агрегат ОС». Так же, как можно видеть из представленного рисунка, при выборе угла падения в 36.2*deg, экстремумы
кривых находятся наиболее симметрично относительно линии поглощения
красителя (обозначена вертикальной пунктирной линией), что позволяет
оценить величину расщепления Раби [1-2, 7-11]. Энергия расщепления Раби равна = 0.045 Эв.
График 2 представляет собой спектры коэффициента отражения в зависимости от длины волны при угле падения 45*deg. Как можно видеть из
представленного графика 2, при выборе угла в 45*deg положения минимумов изменились как по положению длин волн, так и по значениям коэффициента отражения. Данное наблюдение позволяет сделать вывод, что значения коэффициента отражения для обеих структур зависят от угла падения излучения.
Библиографический список
1. П.Г. Сычев, В.Ф. Названов. Спектры отражения структур металл-диэлектрик (JАГРЕГАТ) на поверхностных плазмонах (компьютерное моделирование). Материалы Всероссийской научной школы-семинара под редакцией профессора Д.А.
Усанова. Издательство «Саратовский источник» 2014, – Стр. 111-112.
2. П.Г. Сычев, В.Ф. Названов. Особенности спектров отражения структур металлдиэлектрик (J-АГРЕГАТ) с поверхностными плазмонами (компьютерное моделирование). Проблемы оптической физики и биофотоники. SFM-2014: Материалы Международного симпозиума Saratov Fall Meeting 2014 «Оптика и биофотоника - II» Под редакцией Г. В. Симоненко, В. В. Тучина. Издательство «НОВЫЙ
ВЕТЕР» 2014, –Стр. 61-64
3. Поверхностные поляритоны. Электромагнитные волны на поверхностях и границах раздела сред. / Под ред. В.М. Аграновича, Д.Л. Миллса. –М. : Наука, 1985.
4. Климов В.В. Наноплазмоника.- М.:ФИЗМАТЛИТ, 2009.-480с
5. Либенсон М.Н. Поверхностные электромагнитные волны в оптике. //Сорос. Образ. Журнал. –1996. - №11. –Стр. 103-110.
6. Либенсон М.Н. Поверхностные электромагнитные волны оптического диапазона. //Сорос. Образ. Журнал.- 1996. - № 10. – Стр. 93-98.
7. de Bruijn Helene E., Kooyman Rob P.H. , and Greve J. // Optics Communications. 1991. –P. 425-432
8. Лебедев В. С., Медведев А. С. Эффекты плазмон-экситонного взаимодействия
при поглощении и рассеяния света двухслойными наночастицами металл/Jагрегат// «Квантовая электроника». 2012. т. 42, № 8. Стр.x 701-717.
9. Symonds C., Bonnand C., Plenet J. C., Brehier A., Parashkov R., Lauret J. S., E Deleporte and Belessa J. «Particularities of surface plasmon–exciton strong coupling with
large Rabi splitting.»// New Journal of Physics - 2008. v.10, 065017 (11).
10. Bellessa J., Bonnand C., and Plenet J.C. // «Strong Coupling between Surface Plasmons and Excitons in an Organic Semiconductor» // Physical revive letters – 2004. v.
93, №3.
11. Лебедев В. С., Медведев А. С. «Оптические свойства трехслойных металлоорганических наночастиц с внешней оболочкой молекулярных J-агрегатов» // Квантовая электроника – 2013, т. 43, №11. Стр. 1065-1077.
Сведения об авторах
Названов Василий Федорович - профессор, д.ф.-м.н, дата рождения:
15.03.1936г, E-mail: Vasily.Nazvanov@sgu.ru
Сычев Павел Георгиевич - магистрант, дата рождения: 22.11.1990г,
E-mail: sychev-pavel@yandex.ru
Вид доклада: устный (/ стендовый)