IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Успехи современной науки в области нанотехнологий позволяют создавать нанокомпозитноые среды с включениями различной формы. Изучение  нанокомпозитных сред представляет собой важную задачу, встающую перед современной физикой твердого тела.

На основе нанокомпозитных сред создаются новые материалы с заданными оптическими свойствами, которые определяются размером, формой и упорядоченностью наночастиц, а также их фактором заполнения.  Использование металлических наночастиц в качестве включений диэлектрической матрицы позволяет получить композиты с показателем преломления, существенно отличающимся от свойств природных материалов.  Вместе с тем, металлодиэлектрические композиты обладают значительным поглощением в оптическом диапазоне. В целях компенсации поглощения на металлических включениях было предложено использовать активную (усиливающую) матрицу. [1].

Наночастицы металла и его композиты в последнее время широко используются как эффективные оптические преобразователи различных взаимодействий. Резонансные оптические свойства нанометровых металлических частиц успешно применяются для разработки биочипов и биосенсоров [2] . Композиты и нанокомпозиты, используются во многих областях человеческой жизнедеятельности. В частности, в микро- и наноэлектронике широчайшее применение находят пористые структуры на кремнии и углероде, а также тонкие поликристаллические и композитные пленки различного функционального назначения [3].

В работе рассматривается нанокомпозитная структура, состоящая из металлических  нановключений сферической формы, находящихся в матрице из стекла или прозрачного полистирола. Расчет параметров композитной структуры проводился в рамках формулы  Максвелла-Гарнета. Диэлектрическая проницаемость в рамках  формализма  Максвелла-Гарнета имеет вид:

где  - диэлектрическая проницаемость золота;

 диэлектрическая проницаемость стекла;

f - фактор заполнения частиц золота.

Результаты расчета эффективной диэлектрической проницаемости нанокомпозитной структуры от частоты представлены на рисунке 1.

Результаты численного моделирования показали, что эффективная диэлектрическая проницаемость нанокомпозитной среды существенным образом зависит от частоты. При частотах, близких к плазменной частоте  для золота, наблюдается поверхностный плазмонный резонанс. При этом возрастает в десятки раз, что соответствует результатам работы [4]. При неизменной концентрации наночастиц при изменении среды-хозяйки резонансная частота меняется (уменьшается при увеличении диэлектрической проницаемости среды-хозяйки). При увеличении концентрации наночастиц  уменьшается при частотах, далеких от резонансной. На основе предложенного компьютерного моделирования можно рассчитать электродинамические параметры различных структур, созданных на основе нанокомпозитов.

Полученные результаты могут быть использованы при создании слоистых квантоворазмерных устройств, содержащих композитные среды со сферическими нановключениями.

Литература

1. Головань Л.А., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. Оптические свойства нанокомпозитов на основе пористых систем // Успехи физических наук. ̶ 2007. ̶ № 6. -С. 619-638.
2. Иванов Е.Н., Лавров И.В. Теория диэлектрической проницаемости композиционных материалов с текстурой. Часть 1 // Обор. комплекс - науч.-техн. прогрессу России - М.: ФГУП ВИМИ. - 2007. - №1. - С. 73-78.
3. Физико-математические характеристики однородных и неоднородных конденсированных сред /Яковлев В.Б., Иванов Е.Н., Бардушкин В.В., Лавров И.В., Силибин М.В., Чекасина И.И., Кузнецов М.В., Булахова И.В.//Отчет о НИР.-М.:МИЭТ,2007.-123с.
4. Oraevsky A.N and Protsenko I.E Optical properties of heterogeneous media // Quantum Electronics. - 2001. - №31. ̶ P. 252-256.

Код для цитирования: Скопировать