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., 2023

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).