Роль резонансов оболочки в формировании плазмон-экситонной связи в наночастицах металл/J-агрегат

Аннотация: Представлены результаты исследования оптических свойств двухслойных гибридных наночастиц, состоящих из серебряного или золотого ядра, покрытого внешним слоем молекулярных J-агрегатов органического красителя. Основной акцент сделан на изучение эффекта расщепления J-полосы красителя на два экситонных резонанса внешней оболочки и его влияния на поведение спектров поглощения света такими металлоорганическими частицами. Для исследуемых красителей энергии расщепления таких резонансов достигают ~100 – 150 мэВ, что существенно превышает их ширину. Расщепление J-полосы красителя на два спектральных пика является естественным следствием наличия внутренних и внешних границ органической оболочки частицы металл/J-агрегат. Проведенный анализ показывает, что наиболее корректным и обоснованным способом определения эффективности плазмон-экситонного взаимодействия в такого рода системах является использование двух констант связи g₊ и g_–. Разработан аналитический подход для расчета этих констант, и показано, что он имеет существенные преимущества перед обычным упрощенным способом характеризации плекситонной связи с помощью одной константы g, определяемой на основе модели двух связанных осцилляторов. Исследованный механизм плазмон-экситонного взаимодействия расширяет существующие представления о характере ближнепольной электромагнитной связи в гибридных наносистемах. Установление таких механизмов необходимо для создания новых материалов с целью их использования в качестве элементной базы нанофотонных устройств, функционирующих на основе эффектов плазмон-экситонного взаимодействия.

Ключевые слова: гибридные наночастицы, плазмон-экситонная связь, J-агрегатная оболочка, металлическое ядро, локализованный поверхностный плазмон-поляритон.