Мультиспектральное усиление и детектирование ИК-поглощения в полупроводниковых и органических наноматериалах на массивах металлических наноантенн

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Мы сообщаем об исследовании поверхностно-усиленного ИК-поглощения на частотах оптических колебательных мод в полупроводниковых нанокристаллах и органических пленках монослойной толщины, нанесенных на массивы золотых наноантенн. Структурные параметры наноантенн выбраны таким образом, чтобы обеспечить взаимодействие колебательных мод с локализованными поверхностными плазмонными резонансами (ЛППР), возникающими в массивах металлических (Au) наноантенн под воздействием внешнего электромагнитного излучения. На основе 3D электродинамического моделирования установлена взаимосвязь между структурными параметрами плазмонных массивов и их частотами ЛППР. При использовании нанолитографии были изготовлены массивы плазмонных линейных и Н-образных наноантенн. Частоты ЛППР плазмонных структур определены из анализа ИК-спектров пропускания, которые сильно зависят от морфологии металлических наноструктур и варьируются в широком спектральном диапазоне в зависимости от аспектного соотношения геометрических размеров. Представлены результаты сравнительного анализа усиления ИК-поглощения оптическими фононами нанокристаллов, нанесенных на массивы наноантенн на поверхности Si, SiO2 и пьедестале SiO2. Показана возможность реализации оптического сенсора, содержащего массивы наноантенн и обладающего несколькими ЛППР, для избирательного детектирования малого количества вещества.

Об авторах

Александр Германович Милёхин

Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: milekhin@isp.nsc.ru
Россия, 630090, Россия, Новосибирск, пp. ак. Лавpентьева, 13

Людмила Сергеевна Басалаева

Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН

Email: basalaeva@isp.nsc.ru
Россия, 630090, Россия, Новосибирск, пp. ак. Лавpентьева, 13

Нина Николаевна Курусь

Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН

Email: kurus@isp.nsc.ru
Россия, 630090, Россия, Новосибирск, пp. ак. Лавpентьева, 13

Сергей Александрович Кузнецов

Филиал Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН
«Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники»

Email: sakuznetsov@nsu.ru
Россия, 630090, Россия, Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 2/1

Екатерина Евгеньевна Родякина

Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН

Email: rodyakina@isp.nsc.ru
Россия, 630090, Россия, Новосибирск, пp. ак. Лавpентьева, 13

Илья Александрович Милёхин

Новосибирский государственный университет

Email: i.milekhin@g.nsu.ru
Россия, 630090, Россия, Новосибирск, ул. Пирогова, 1

Роман Борисович Васильев

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: romvas@inorg.chem.msu.ru
Россия, 119991, Россия, Москва, Ленинские горы, 1

Антон Константинович Гутаковский

Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН

Email: gut@isp.nsc.ru
Россия, 630090, Россия, Новосибирск, пp. ак. Лавpентьева, 13

Список литературы

  1. L.H. Little. Infrared Spectra of Adsorbed Species, London: Academic Press Inc., 1966. 428 pp. doi: 10.1016/0022-2860(68)87063-2.
  2. F.M. Hoffmann. Surf. Sci. Rep., 1983, 3, 109. doi: 10.1016/0167-5729(83)90001-8.
  3. M. Osawa. В Handbook of Vibrational Spectroscopy, ed. J.M. Chalmers, P.R. Griffiths, New York: John Wiley & Sons, 2002. 785 pp.
  4. R. Aroca. Surface Enhanced Vibrational Spectroscopy, New Jersey: John Wiley & Sons, 2006. 233 pp. doi: 10.1002/9780470035641.
  5. A. Hartstein, J.R. Kirtley, J.C. Tsang. Phys. Rev. Lett., 1980, 45, 201. doi: 10.1103/PhysRevLett.45.201.
  6. M. Osawa. В Near‑Field Optics and Surface Plasmon Polaritons, Topics in Applied Physics, vol. 81, ed. S. Kawata, Berlin / Heidelberg: Springer Verlag, 2001, pp. 163–187. doi: 10.1007/3-540-44552-8_9.
  7. Nanoantenna: Plasmon‑Enhanced Spectroscopies for Biotechnological Applications, eds. M.L. de la Chapelle, A. Pucci, New York: Jenny Stanford Publishing, 2013. 452 pp. doi: 10.1201/b14594.
  8. P. Biagioni, J.-S. Huang, B. Hecht. Rep. Prog. Phys., 2012, 75, 024402. doi: 10.1088/0034-4885/75/2/024402.
  9. L. Razzari, A. Toma, M. Clerici, M. Shalaby, G. Das, C. Liberale, M. Chirumamilla, R.P. Zaccaria, F. De Angelis, M. Peccianti, R. Morandotti, E. Di Fabrizio. Plasmonics, 2013, 8, 133. doi: 10.1007/s11468-012-9439-0.
  10. C. D’Andrea, J. Bochterle, A. Toma, C. Huck, F. Neubrech, E. Messina, B. Fazio, O.M. Maragò, E. Di Fabrizio, M.L. de la Chapelle, P.G. Gucciardi, A. Pucci. ACS Nano, 2013, 7, 3522. doi: 10.1021/nn4004764.
  11. S. Aksu, A.A. Yanik, R. Adato, A. Artar, M. Huang, H. Altug. Nano Lett., 2010, 10, 2511. doi: 10.1021/nl101042a.
  12. F. Neubrech, A. Pucci, T.W. Cornelius, S. Karim, A. García‑Etxarri, J. Aizpurua. Phys. Rev. Lett., 2008, 101, 157403. doi: 10.1103/PhysRevLett.101.157403.
  13. R. Adato, A.A. Yanik, J.J. Amsden, D.L. Kaplan, F. Omenetto, M.K. Hong, S. Erramilli, H. Altug. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2009, 106, 19227. doi: 10.1073/pnas.0907459106.
  14. D. Dregely, F. Neubrech, H. Duan, R. Vogelgesang, H. Giessen. Nat. Commun., 2013, 4, 2237. doi: 10.1038/ncomms3237.
  15. D.-K. Lee, J.-H. Kang, J.-S. Lee, H.-S. Kim, C. Kim, J.H. Kim, T. Lee, J.-H. Son, Q.-H. Park, M. Seo. Sci. Rep., 2015, 5, 15459. doi: 10.1038/srep15459.
  16. A. Toma, S. Tuccio, M. Prato, A. De Donato, F. Perucchi, P. Di Pietro, S. Marras, C. Liberale, R.P. Zaccaria, F. De Angelis, L. Manna, S. Lupi, E. Di Fabrizio, L. Razzari. Nano Lett., 2015, 15, 386. doi: 10.1021/nl503705w.
  17. A.G. Milekhin, O. Cherkasova, S.A. Kuznetsov, I.A. Milekhin, E.E. Rodyakina, A.V. Latyshev, S. Banerjee, G. Salvan, D.R.T. Zahn. Beilstein J. Nanotechnol., 2017, 8, 975. doi: 10.3762/bjnano.8.99.
  18. A.G. Milekhin, L.L. Sveshnikova, T.A. Duda, S.A. Kuznetsov, I.A. Milekhin, E.E. Rodyakina, A.V. Latyshev, V.M. Dzhagan, D.R.T. Zahn. J. Phys. Chem. C, 2017, 121(10), 5779. doi: 10.1021/acs.jpcc.6b11431.
  19. I.A. Milekhin, S.A. Kuznetsov, E.E. Rodyakina, A.G. Milekhin, A.V. Latyshev, D.R.T. Zahn. Beilstein J. Nanotechnol., 2016, 7, 1519. doi: 10.3762/bjnano.7.145.
  20. F. Neubrech, S. Beck, T. Glaser, M. Hentschel, H. Giessen, A. Pucci. ACS Nano, 2014, 8(6), 6250. doi: 10.1021/nn5017204.
  21. D. Weber, P. Albella, P. Alonso‑González, F. Neubrech, H. Gui, T. Nagao, R. Hillenbrand, J. Aizpurua, A. Pucci. Opt. Express, 2011, 19(16), 15047. doi: 10.1364/OE.19.015047.
  22. F. Neubrech, C. Huck, K. Weber, A. Pucci, H. Giessen. Chem. Rev., 2017, 117, 5110. doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00743.
  23. K. Chen, R. Adato, H. Altug. ACS Nano, 2012, 6(9), 7998. doi: 10.1021/nn3026468.
  24. N.A. Yeryukov, A.G. Milekhin, L.L. Sveshnikova, T.A. Duda, E.E. Rodyakina, E.S. Sheremet, M. Ludemann, A.V. Latyshev, D.R.T. Zahn. Thin Solid Films, 2013, 543, 35. doi: 10.1016/j.tsf.2013.03.070.
  25. N.N. Kurus, A.G. Milekhin, R.I. Sklyar, B.M. Saidzhonov, R.B. Vasiliev, S.V. Adichtchev, N.V. Surovtsev, A.V. Latyshev, D.R.T. Zahn. J. Phys. Chem. C, 2022, 126(16), 7107. doi: 10.1021/acs.jpcc.2c00276.
  26. D.A. Kurtina, L.D. Kozina, A.V. Garshev, R.B. Vasiliev. Vestnik RNF, 2019, 3(103), 26. doi: 10.22204/2410-4639-2019-103-03-26-34.
  27. A.G. Milekhin, N.A. Yeryukov, L.L. Sveshnikova, T.A. Duda, S.S. Kosolobov, A.V. Latyshev, N.V. Surovtsev, S.V. Adichtchev, C. Himcinschi, E.I. Zenkevich, W.-B. Jian, D.R.T. Zahn. J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 17164. doi: 10.1021/jp210720v.
  28. ASYS HFSS. Ansys HFSS product webpage.
  29. B.A. Munk. Frequency Selective Surfaces: Theory and Design, New York: John Wiley & Sons, 2000. 440 pp.
  30. Handbook of Optical Constants of Solids in 5 Vols, vol. 3, ed. E.D. Palik, Cambridge, MA: Elsevier/Academic Press, 1998. 999 pp.
  31. M.A. Ordal, L.L. Long, R.J. Bell, S.E. Bell, R.R. Bell, R.W. Alexander, C.A. Ward. Appl. Opt., 1983, 22, 1099. doi: 10.1364/ao.22.001099.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Милёхин А.Г., Басалаева Л.С., Курусь Н.Н., Кузнецов С.А., Родякина Е.Е., Милёхин И.А., Васильев Р.Б., Гутаковский А.К., 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».