Оптические плазмонные резонансы в массивах нанокластеров Au

Подробнее Работа посвящена исследованию явления локализованного поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР) в массивах нанокластеров Au с помощью оптической спектроскопии отражения. Массивы нанокластеров, имеющих форму цилиндра, диаметр и период которых варьируются в диапазоне 30–150 и 130–200 нм соответственно, были изготовлены на подложках Si и Si / SiO₂ методом электронно-лучевой литографии. Из сравнения экспериментальных спектров отражения с численно рассчитанными методом конечной разницы во временной области (англ. finite difference time domain, FDTD) были определены структурные параметры модели плазмонных наноструктур, используемые в дальнейшем для расчета спектров поглощения плазмонных структур. Значения частот ЛППР определялись по максимумам спектров поглощения. Данное исследование выявило сильную зависимость частотного положения ЛППР от размера нанокластеров, расстояния между нанокластерами, а также от толщины слоя SiO₂ в нанометровом диапазоне. Особое внимание было уделено наблюдению по спектрам отражения формирования поперечной плазмонной моды, распространяющейся вдоль поверхности подложки и поляризованной перпендикулярно поверхности. Возбуждение данной моды мы связываем с рассеянием электромагнитного поля на соседних нанокластерах. Предложенный нами метод обеспечивает возможность оперативного определения частотного положения ЛППР по спектрам оптического отражения, что особенно важно в случае непрозрачных подложек (включая подложки Si и Si / SiO₂), для которых измерения оптического поглощения оказывается невозможным. Широкое поле потенциальных применений металлических наноструктур с хорошо контролируемыми плазмонными свойствами включает поверхностно-усиленное инфракрасное поглощение, фотолюминесценцию и комбинационное рассеяние, а также передачу сигнала в кремниевой фотонике.

Ключевые слова:
локализованный поверхностный плазмонный резонанс, нанокластеры Au, оптическая спектроскопия отражения, оптическое поглощение
Благодарности:
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Немецкого научно-исследовательского сообщества в рамках проектов РФФИ (проекты № 18-02-00615_a, 19-52-12041 ННИО_а).
Мы благодарим А. Орешонкова и А. Шахраманьяна за помощь в численном моделировании.
С. Л. Вебер благодарит РНФ за поддержку в проведении Фурье-ИК измерений (грант № 17-13-01412)
УДК 538.958

Оптические плазмонные резонансы в массивах нанокластеров Au