تشدید پلاسمون سطحی در آرایه ای از نانو ذرات فلزی

یکی از شاخه های فناوری نانو ، ساخت و مطالعه نانو ذرات فلزی در شکل ها و اندازه های مختلف است . خواص منحصر بفرد اپتیکی نانو ذرات فلزی به خصوص فلزات نجیب ، موجب استفاده آن ها در حسگر های زیستی و شیمیایی ، سلول های خورشیدی و نانو آنتن ها شده است . خواص اپتیکی نانو ذرات با توجه به شکل و اندازه آن ها تغییر می کند . از جمله عوامل موثر در خواص اپتیکی نانو ذرات فلزی ، بر انگیختگی پلاسمون سطحی جایگزیده در آن ها است . از جمله تفاوت پلاسمون سطحی در دو ناحیه نیمه بینهایت فلز و دی الکتریک ، با پلاسمون سطحی جایگزیده در این است که فرکانس پلاسمون سطحی جایگزیده در نانو ذرات فلزی به بردار موج نور فرودی وابسته نیست و تنها با تغییر شکل ، اندازه و محیطی که نانو ذرات در آن قرار دارند ، تغییر می کند . در حد شعاع های کو چک در مقایسه با طول موج نور فرودی از تقریب شبه ایستا برای بررسی تاثیر شکل بر فرکانس پلاسمون دو قطبی در نانو ذرات شبه کروی ، می توان استفاده کرد . بررسی دقیق تر پلاسمون سطحی جایگزیده در شکل کروی از طریق تئوری mie امکان پذیر است . با استفاده از تئوری mie علاوه بر مد دو قطبی پلاسمون سطحی ، می توان درجه های بالاتر قطبش (پلاسمون سطحی چند قطبی ) را نیز مورد برسی قرار داد . جواب های مختلطی که از طریق حل عددی رابطه بین فرکانس پلاسمون سطحی در نانو ذرات نسبت به شعاع آن ها به دست آمد ، نشان دهنده ی میرایی نوسانات پلاسمون سطحی در فر آیند های مختلف است . پلاسمون سطحی در فر آیند های مختلف جذب و تابش میرا می شود . سهم میرایی ناشی از تابش در ذرات بزرگ ، بیشتر است . میرایی پلاسمون سطحی سبب پهن شدگی طیف جذب ، پراکندگی و خاموشی در نانو ذرات می شود . در این پایان نامه تشدید پلاسمون سطحی در آرایه ی یک بعدی از نانو ذرات کروی شکل طلا و نقره با روش تقریب دو قطبی مجزا و با استفاده از بسته نرم افزاری ddscat در دو مد طولی و عرضی مورد مطالعه قرار گرفت . در آرایه ای از نانو ذرات کروی شکل طلا و نقره ، فرکانس تشدید پلاسمون سطحی به شکل نانو ذرات ، تعداد نانو ذرات در یک آرایه ، فاصله نانو ذرات از یکدیگر ، محیطی که نانو ذرات در آن قرار دارند و نیز به جنس نانو ذرات بستگی دارد . با رسم نمودار بازده سطح مقطع خاموشی به این نتیجه می رسیم که در حالت مد طولی ، با افزایش فاصله میان نانو ذرات ، جابه جایی آبی (blue shift) رخ می دهد یعنی تشدید پلاسمون سطحی در طول موج های کوتاه تر و انر‍‍‍ژی بیشتر ‍‍ رخ می دهد . در حالی که در مد عرضی تغییر فاصله میان نانو ذرات ، تاثیر چندانی بر طول موج مربوط به تشدید پلاسمون سطحی ندارد و در این حالت با کاهش فاصله میان نانو ذرات ، تعداد پیک تشدید افزایش می یابد . هم چنین در یک آرایه یک بعدی از نانو ذرات کروی شکل با افزایش تعداد نانو ذرات در مد طولی ، جابه جایی قرمز (red shift) رخ می دهد یعنی تشدید پلاسمون سطحی در طول موج های بلندتر و انر‍‍‍ژی کمتر رخ می دهد ، تعداد پیک های تشدید و نیز پهن شد گی پیک ها نیز افزایش می یابد . در حا لی که در مد عرضی ، با افزایش تعداد نانو ذرات در یک آرایه ، طول موج مربوط به تشدید پلاسمون سطحی تغییرات خیلی کمی دارد و تعداد پیک های تشدید نیز تغییر چندانی نمی کند و این یکی از ویژگی های مهم مد عرضی است که در آن تشدید پلاسمون سطحی به بر هم کنش بین ذره ای مر بوط نمی باشد . جنس محیط احاطه کننده آرایه ی نانو ذرات کروی شکل نیز روی تشدید پلاسمون سطحی جایگزیده شده موثر است . در این جا ما تاثیر محیط را روی نمودار بازده سطح مقطع خاموشی بررسی کرده و به این نتیجه رسیدیم که با افزایش ضریب شکست محیط احاطه کننده نانو ذرات در یک آرایه ، جابه جایی قرمز ( red shift) رخ می دهد یعنی تشدید پلاسمون سطحی به طول موج های بلند تر و انر‍‍‍ژی کمتر میل می کند . هم چنین با افزیش ضریب شکست ، میزان بازده خاموشی افزایش می یابد . تشدید پلاسمون سطحی در آرایه ی 30 تایی از نانو ذرات طلا مورد بررسی قرار گرفت و به این نتیجه رسیدیم که در این حالت سطح مقطع جذب خیلی بیشتر از سطح مقطع پراکندگی خواهد بود و این به دلیل افزایش بر هم کنش بین ذره ای و افزایش جاذبه هسته و نیروی کولنی می باشد . در این مورد پراکندگی نور تابیده شده صفر می شود و تمام نور فرودی جذب خواهد شد . تشدید پلاسمون سطحی در آرایه غیر کروی (بیضی گون) از نانو ذرات طلا نیز مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که در مد طولی با افزایش فاصله میان نانو ذرات ، جابه جایی آبی (blue shift) رخ می دهد و تشدید به سمت طول موج های کوتاه تر و انرژی بیشتر میل می کند.