Використання концепції ефективної сприйнятливості для моделювання оптичних властивостей металевих плівок з наноструктурованим приповерхневим шаром

У дипломній роботі на основі концепції ефективної сприйнятливості запропоновано модель металевої плівки з порожнинами, що заповнені воднем. Зокрема, розглянуто плівки з приповерхневим моношаром порожнин. При побудові моделі враховані форма, розмір і орієнтація порожнин. Ефективні сприйнятливості отримані за допомогою згортання ітераційної схеми розв’язання системи інтегральних рівнянь Фредгольма другого роду. Результати теоретичного моделювання співставлялися із експериментальними даними щодо дослідження плазмонного резонансу, збудженого за методом Кречмана, в золотій плівці, обробленій воднем. Результати представленого в дипломі теоретичного дослідження якісно узгоджуються з експериментами. Криві плазмонного резонансу після обробки воднем зміщуються в бік більших кутів за рахунок появи порожнин, заповнених воднем. Ефект зсуву кривих резонансного поглинання залежить від характеру розподілу порожнин в плівці. Що більшою є концентрація порожнин поблизу поверхні золото-повітря, то більшим є зсув резонансних кривих. Розрахунки були проведені для випадку малих порожнин циліндричної форми. Чисельне дослідження ефектів форми і розміру порожнин планується провести у майбутньому.

Ключові слова: ефективна сприйнятливість, воднева обробка, золота плівка на склі, поверхневий моношар нанопорожнин, поверхневий плазмонний резонанс.

In the thesis, based on the concept of effective susceptibility, a model of a metal film with cavities filled with hydrogen is proposed. In particular, films with a near-surface monolayer of cavities were considered. When building the model, the shape, size and orientation of the cavities were taken into account. The expressions for effective susceptibility were obtained using the convolution of the iterative scheme for solving the system of Fredholm integral equations of the second kind. The results of the theoretical modeling were compared with the experimental data on the study of plasmon resonance excited by the Kretschmann method in a gold film treated with hydrogen. The results of the theoretical research presented in the diploma are qualitatively consistent with the experiments. After treatment with hydrogen, the plasmon resonance curves shift toward larger angles due to the appearance of cavities filled with hydrogen. The effect of shifting the resonant absorption curves depends on the nature of the distribution of cavities in the film. The greater the concentration of cavities near the gold-air surface, the greater is the shift of the resonance curves. The calculations were carried out for the case of small cylindrical cavities. Numerical studies of the effects of the shape and size of the cavities are planned to be carried out in the future.

Key words: effective susceptibility, hydrogen treatment, gold film on glass, surface monolayer of nanocavities, surface plasmon resonance.

Железняк Р. О. Використання концепції ефективної сприйнятливості для моделювання оптичних властивостей металевих плівок з наноструктурованим приповерхневим шаром : випускна кваліфікаційна робота магістра : 105 Прикладна фізика та наноматеріали / Железняк Роман Олександрович. - Київ, 2023. - 34 с.