5. Оптические резонансные свойства металлических наночастиц
А.М. Бонч-Бруевич, Т.А. Вартанян, С.Г. Пржибельский
ВНЦ “ГОИ им. С.И. Вавилова”,
tigran@vartanyan.com
5.1. Введение
Современный интерес к металлическим наночастицам, линейные размеры которых порядка 1–100 нм, связан с их оптическими резонансами в видимой области спектра [1]. Спектральное положение и вид этих резонансов зависят от материала и формы частиц [2]. Добротность резонансов может доходить до 30, что определяет такое же увеличение действующего на частицу поля по сравнению с полем падающей световой волны. Эффективность вызываемых светом нелинейных процессов в области нахождения частицы повышается из-за этого на много порядков. Возможность манипулировать резонансами металлических наночастиц привлекательна для практических целей.
Кроме резонансных особенностей отдельных металлических наночастиц привлекательные и интересные свойства обнаруживаются и у ансамблей частиц. Так, сближение частиц вызывает смещение резонансов и дополнительное усиление поля в промежутке между ними. Перенос посредством электрической индукции возбуждения в ансамблях частиц открывает перспективу применения их в информационных целях и возможность производить селективное оптическое действие на распределенные системы металлических наночастиц.
Исследованиям линейных оптических свойств отдельных наночастиц около 100 лет. В 1908 г. в основополагающей теоретической работе [3] Ми описал рассеяние света на малых диэлектрических шариках. В дальнейшем было обращено внимание на то, что диэлектрические свойства материала шарика могут обусловить появление резонансов в рассеянии на частотах, ничем не выделенных в самом материале. Это явление описывается формально выражением
E |
|
E |
"(!) − "s(!) |
(5.1) |
|
! "(!) + 2"s(!) |
|||||
|
|
|
где E и E! - комплексные амплитуды поля в шарике и в падающей волне, а "(!) и "s(!) - комплексные диэлектрические проницаемости материала шарика и окружающей его среды на частоте !. Отметим, что приведенное выражение (5.1) получается из теории Ми без учета эффекта запаздывания. В этом приближении учитывается возбуждение только основной, дипольной, моды колебаний, частота которой согласно выражению (5.1) не зависит от размера шарика.