CC BY
4ISSN 1606-867Х (Print) ISSN 2687-0711 (Online)
Конденсированные среды и межфазные границы
https://journals.vsu.ru/kcmf/
Оригинальные статьи
Научная статья УДК 537.226
https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11258
Формирование плазмон-экситонных наноструктур с нелинейно-оптическим откликом на основе квантовых точек и наночастиц металлов
А. И. ЗвягинИ, Т. А. Чевычелова, А.С. Перепелица, М. С. Смирнов, О. В. Овчинников
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж394018, Российская Федерация
Аннотация
Актуальной задачей является установления условий формирования наноструктур с плазмон-экситонным взаимодействием на основе квантовых точек и плазмонных наночастиц, обеспечивающих уникальные нелинейно-оптические свойства. В работе продемонстрировано формирование плазмон-экситонных наноструктур на основе гидрофильных коллоидных квантовых точек Zn0 5Cd0 5S, Ag2S и наночастиц металлов.
Методами просвечивающей электронной микроскопии и оптической спектроскопии поглощения и люминесценции выполнено обоснование формирования плазмон-экситонных гибридных наноструктур. Фазовый состав исследуемых образцов определяли методом рентгеновской дифракции, результаты полученные на дифрактометре ARLX'TRA (Швейцария), свидетельствуют о кубической кристаллической структуре (F43m) синтезированных квантовых точек Zn05Cd05S и моноклинной (P2/C) кристаллической решетке Ag2S. Методами просвечивающей электронной микроскопии обнаружено, что плазмонные наночастицы являются центрами адсорбции для квантовых точек. Определены средние размеры исследуемых образцов коллоидных квантовых точек Ag2S (2.6 нм), Zn0 5Cd0 5S (2.0 нм) и наночастиц металлов: наносферы серебра (10 нм), наностержни золота (4*25 нм). В смесях квантовых точек и плазмонных наночастиц установлена трансформация спектров экстинкции света смесей и тушение люминесценции квантовых точек. Методом Z-сканирования на длинах волн 355 нм и 532 нм в поле наносекундных лазерных импульсов определены нелинейно-оптические параметры исследуемых образцов. Найдены условия формирования гибридных наноструктур, обеспечивающие увеличение до 9 раз коэффициента нелинейного поглощения лазерных импульсов (355 нм и 532 нм) длительностью 10 нс за счет обратного насыщающегося поглощения, происходящего вследствие каскадных двухквантовых переходов на собственных и локальных состояниях коллоидных квантовых точек и подавление нелинейной рефракции.
Наблюдаемые изменения объяснены проявлением эффекта Перселла на состояниях квантовых точек в присутствии нанорезонаторов (наностержней золота и серебряных наносфер). Результаты данных исследований создают новые возможности для разработки оригинальных систем управления интенсивностью лазерного излучения, а также квантовых сенсоров нового поколения.
Ключевые слова: нелинейная рефракция, нелинейное поглощение, квантовая точка, Ag2S, Zn05Cd05S, плазмонная наночастица, Z-скан
Источник финансирования: исследование выполнено при поддержке гранта Президента РФ № МК-4408.2022.1.2 Благодарности: исследования структурных свойств методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской дифрактометрии выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования научным оборудованием ФГБОУ ВО «ВГУ».
Для цитирования: Звягин А. И., Чевычелова Т. А., Перепелица А. С., Смирнов М. С., Овчинников О. В. Формирование плазмон-экситонных наноструктур на основе квантовых точек и наночастиц металлов с нелинейно-оптическим откликом. Конденсированные среды и межфазные границы. 2023;25(3): 350- 358. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11258
И Звягин Андрей Ильич, e-mail: [email protected]
© Звягин А. И., Чевычелова Т. А., Перепелица А. С., Смирнов М. С., Овчинников О. В., 2023 |@ ® 1 Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
А. И. Звягин и др. Формирование плазмон-экситонных наноструктур с нелинейно-оптическим откликом...
For citation: Zvyagin A. I., Chevychelova T. A., Perepelitsa A. S., Ovchinnikov O. V., Smirnov M. S. Formation of plasmon-ex-citon nanostructures based on quantum dots and metal nanoparticles with a nonlinear optical response. Condensed Matter and Interphases. 2023;25(3): 350- 358. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11258
1. Введение
В последнее время перспективной и актуальной задачей является создание гибридных наноструктур с «плазмон-экситонным» взаимодействием, построенных на основе плазмонных на-ночастиц (НЧ) благородных металлов, полупроводниковых квантовых точек (КТ) и/или молекул красителей [1]. Интерес представляют свойства таких наноструктур, не характерные отдельным компонентам, прежде всего, оптические, особенно актуальна проблема их прогнозирования и управления. Они определяются как составом и спектральными резонансами компонентов, так и механизмами межмолекулярных взаимодействий. Проявление взаимодействия компонентов таких гибридных систем находят в спектрах поглощения и люминесценции КТ и экстинкции наночастиц. В случае люминесценции проявлением взаимодействия компонентов часто выступают признаки обмена электронными возбуждениями между компонентами нано-системы [2-4], а также эффекты плекситонной связи, возникающей при электронном возбуждении системы [1, 5-7]. В последнем случае принципиальное значение имеет настройка оптических резонансов компонентов структуры, то есть степень их перекрытия.
Отдельной задачей в физике плазмон-экси-тонных наноструктур является установление условий их формирования, обеспечивающих существенную модификацию нелинейно-оптических свойств их компонентов. Подобные системы могут быть использованы для квантовой сенсорики. В ряде работ обнаружена возможность модификации/гибридизации нелинейно-оптических свойств молекул красителей, адсорбированных на плазмонных наночастицах [4, 8, 9]. В подобных гибридных наноструктурах процессы переноса электронных возбуждений обеспечивают изменения нелинейно-оптического отклика. Взаимодействие в смесях сферических наноча-стиц золота и красителя метиленового голубого обеспечивает усиление обратного насыщенного поглощения за счет эффекта Перселла, проявляющегося в увеличении вероятности триплет-триплетного поглощения метиленового голубого [10]. Условия формирования наноструктур с плазмон-экситонным взаимодействием на основе квантовых точек и плазмонных наноча-стиц, обеспечивающих уникальные нелинейно-
оптические свойства до сих пор остаются невыясненными. Данная работа частично восполняет этот пробел и посвящена установлению закономерностей формирования плазмон-экситонных наноструктур на основе коллоидных квантовых точек Ag2S (2.6 нм), Zn05Cd05S (2.0 нм), пассивированных тиогликолевой кислотой, и наноча-стиц серебра и золота, обеспечивающих усиление в 8-9 раз нелинейного поглощения в КТ.
2. Экспериментальная часть
Исследуемые образцы синтезированы в рамках методик водного коллоидного синтеза. В синтезе коллоидных КТ Ag2S, пассивированных тиогликолевой кислотой (TGA) , прекурсором серебра являлся водный раствор нитрата серебра (AgNO3). В данный раствор вносили при постоянном перешивании водный раствор TGA, образовывался комплекс Ag-TGA. С повышением показателя рН раствора до 11, раствор становился прозрачным. Далее вносили в реактор водный раствор в качестве источника серы. Молярные соотношения прекурсоров TGA/AgNO/Na2S были как 2:1:0.5. Аналогичным образом синтезировали КТ Zn0 5Cd0 за исключением того, что рН комплекса Zn(Cd)-TGA повышали до 7. Для удаления продуктов реакции после синтеза КТ высаживали центрифугированием с добавлением этанола и повторно диспергировали в воде.
Для формирования наностержней золота ^и НС) использовали многостадийный коллоидный синтез [11]. Водный раствор ПАВ цетилтриме-тиламмония бромида (ЦТАБ) использовали для выращивания цилиндрических НС, являясь одновременно слабым восстановителем и анизотропной средой. Исходно, затравочный раствор наносфер золота размером 3 нм получали путем восстановления водной золотохлористо-водородной кислоты HAuCl4 (7 мкл, 0.36 моль) раствором №ВН4 (1.0 мл, 5 ммоль) в водном растворе ЦТАБ (20 мл, 0.02 ммоль). Анизотропию роста НЧ обеспечивали в результате введения смеси HAuCl4 (28 мкл, 0.36 моль), ЦТАБ (50 мл, 0.1 ммоль), AgNO3 (0.1 мл, 0.02 моль) и С6Н806 (5 мл, 0.05 мкмоль). Добавление AgNO3 способствует управлению соотношением длины к диаметру Ли НС.
Синтез серебряных наночастиц серебра сферической геометрии (Ag НЧ) основан на последовательном восстановлении нитрата серебра AgNO3
А. И. Звягин и др. Формирование плазмон-экситонных наноструктур с нелинейно-оптическим откликом...
боргидридом натрия (NaBH4) и стабилизацией цитратом натрия (Na3C6H5O7) и перекисью водорода (H2O2). Бромид калия (KBr) ограничивает рост на-ночастиц серебра, что приводит к получению на-носфер заданного размера [12]. Готовые коллоидные растворы наночастиц металлов очищали от продуктов реакции путем промывки дистиллированной водой посредством нескольких циклов центрифугирования-диспергирования. Смеси исследуемых образцов приготавливали введением раствора наночастиц металлов в раствор КТ.
Размер исследуемых КТ и наночастиц металлов устанавливали с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) Libra 120 (CarlZeiss, Germany) c ускоряющим напряжением 120 кВ. Фазовый состав исследуемых образцов определяли методом рентгеновской дифракции, результаты получены на дифрак-тометре ARLX'TRA (Швейцария), исследования выполнялись на излучении Ka1 линии меди (1.54056 А). Спектры оптического поглощения и люминесценции записывали спектрометром USB2000+ (OceanOptics, USA) с источником излучения USB-DT (OceanOptics, USA). Измерения кинетики затухания люминесценции КТ проводились с использованием модуля TimeHarp~260 (PicoOuant, Germany), работающего в режиме счета одиночных фотонов. Детектором являлся ФЭУ PMC-100-20 (Becker&Hickl Germany) с временным разрешением 0.2 нс. Кривые затухания люминесценции аппроксимировали теоретической кривой с использованием процедуры де-конволюции с экспериментально измеренной функцией отклика аппаратуры.
Анализ нелинейно-оптического отклика исследуемых образцов использовали метод Z-ска-
нирования [13]. Он основан на измерении нормализованного пропускания исследуемого образца при его перемещении относительно фокальной плоскости собирающей линзы вдоль оптической оси z. Коэффициент нормализованного пропускания определяли как отношение коэффициента пропускания образца T(z) в точке с координатой z к пропусканию образца в линейном режиме при низкой интенсивности, которое регистрируется вдали от фокуса линзы T(z ^ то). В этом методе пропускание образца измеряли при условии различного поперечного размера гауссова пучка (различной интенсивности). Другими словами, при изменении координаты z фактически осуществляли сканирование по интенсивности лазерного излучения.
Использовали излучение третьей и второй гармоники YAG:Nd3+ лазера (LS-2132UTF, LOTIS TII) с длиной волны излучения 355 нм и 532 нм, соответственно, длительностью 10 нс и частотой повторения 1 Гц. Излучение фокусировалось сферической линзой с фокусным расстоянием 300 мм. Кварцевые кюветы толщиной 5 мм, содержащие исследуемые образцы, перемещались по оптической оси z зондирующего лазерного импульса через фокальную плоскость собирающей линзы с помощью линейного транслятора. Радиус перетяжки составлял ~30 мкм. Измерения проводились с использованием энергий в импульсе 1.33 мДж (355 нм) и 0.16 мДж (532 нм).
3. Результаты и обсуждение
На рисунке 1 приведены ПЭМ изображения исходных компонентов и их смесей. Из рисунка 1 а видно, что в рамках используемых подходов к синтезу происходит формирование от-
Рис. 1. ПЭМ изображения синтезированных КТ Ag2S, сопряженных с наностержнями золота (а), КТ Zn05Cd05S сопряженные с наносферами серебра (б)
дельных КТ Ag2S средним размером 2.6 нм с дисперсией по размеру 20-30%. Полученные нано-частицы золота представляли собой наностер-жни средним размером 4х25 нм (рис. 1а). По данным ПЭМ изображений КТ Zn0 5Cd0 5S имели средний размер по ансамблю 2.0 нм при той же дисперсии (рис. 1б). Наночастицы серебра Ag НЧ сферической геометрии имели средний размер 10 нм. По данным рентгеновской дифракции удалось установить кубическую кристаллическую структуру (F43m) для КТ Zn0 5Cd0 5S (рис. 2a). Дифрактограмма КТ Ag2S представляет собой систему уширенных рефлексов на фоне заметного гало, соответствующих моноклинной (Р2/с) кристаллической решетке Ag2S (рис. 2a). На (рис. 2б) представлены рентгенограммы на-ночастиц Ag и Au. Дифракционные пики при 38, 44, 64 и 77° соответствуют плоскостям (111), (200), (220) и (311) соответственно, гранецентри-
рованной кубической кристаллической решетке. Обнаружено, что плазмонные наночастицы являются центрами адсорбции для квантовых точек. Полученные с помощью ПЭМ, изображения демонстрируют наибольшее скопление КТ вблизи Аи НС и Ag НЧ (рис. 1). Таким образом установлено, что используемые подходы к синтезу смесей КТ наночастиц металлов обеспечивают совместимость компонентов при формировании гибридных структур.
Спектры оптического поглощения коллоидных растворов КТ Ag2S представляли собой широкие полосы с экситонным пиком при 810 нм (1.53) эВ (рис. 3а, черная кривая), что обусловлено квантово-размерным эффектом, поскольку ширина запрещенной зоны массивных кристаллов Ag2S равна 1.0 эВ. Спектр люминесценции КТ Ag2S представлял собой широкую полосу с пиком при 881 нм (рис. 3б, черная кривая).
Рис. 2. Рентгеновская дифракция полученная на КТ Ag2S и Zn0 5Cd0 5S (a) и наночастицах серебра и золота
Рис. 3. Спектры экстинкции света синтезированных КТ Ag2S, Аи НС и их смесей (а) и спектры люминесценции КТ Ag2S и их смеси с Au НС (б). На врезке кинетика затухания люминесценции исследуемых образцов
Спектр экстинкции света Аи НС представляет собой две широкие полосы с пиками на 523 нм и 910 нм (рис. 3а, красная кривая). Коротковолновая полоса определяется поперечным плаз-монным резонансом в Аи НС, а длинноволновая продольным [14]. Таким образом, пик продольного плазмонного резонанса Аи НС совпадает с полосой люминесценции КТ Ag2S.
Подобная настройка резонансов в экстинкции света и люминесценции наноструктур предполагает возможность обмена электронными возбуждениями между компонентами нано-системы. В спектрах экстинкции смесей КТ Ag2S и Аи НС гибридная ассоциация проявилась в исчезновении особенности связанной с экситон-ным поглощением в КТ Ag2S, и уменьшением экстинкции двух компонентов в области 400-600 нм (рис. 3а, синяя кривая). Полученный спектр экстинкции не является суммой спектров экс-тинкции компонентов гибридного ассоциата (рис. 3а, фиолетовая кривая), что косвенно свидетельствует о проявлении взаимодействия в полученной смеси [15-20]. Спектр люминесценции КТ Ag2S в присутствии золотых наностер-жней демонстрирует снижение интенсивности люминесценции в 27 раз (рис. 3б, красная кривая). Стоит отметить, что данное тушение нельзя объяснить одним лишь фильтр-эффектом. Аппроксимация кинетики затухания люминесценции (рис 3б, врезка) позволяет установить время затухания люминесценции. Чистые КТ Ag2S продемонстрировали среднее время затухания люминесценции в 5.2 нс, в то время как для смеси с золотыми наностержнями - 1.5 нс, то есть в 3.5 раза меньше. Тушение люминесценции,
сопровождаемое сокращением времени затухания люминесценции, свидетельствует о резонансном безызлучательном переносе энергии возбуждения от центров излучательной рекомбинации к плазмонным наночастицам в результате плазмон-экситонного взаимодействия. При этом отсутствуют характерные особенности проявления эффекта Перселла в КТ Ag2S в присутствии Аи НС.
В спектре поглощения КТ Zn05Cd05S наблюдалась особенность в поглощении, связанная с наиболее вероятным переходом на длине волны 341 нм, спектр экстинкции Ag НЧ имел пик плаз-монного резонанса с максимумом при 400 нм (рис. 4а). При сопряжении данных наноструктур наблюдалось увеличение экстинкции смеси в диапазоне длин волн 380-600 нм. Спектр люминесценции КТ Zn0 5Cd0 ^ представлял собой широкую полосы, с максимумом при 480 нм. Значительный стоксов сдвиг в 1 эВ, относительно пика экситонного поглощения говорит о ре-комбинационном характере люминесценции. При сопряжении данных КТ с Ag НЧ наблюдалось тушение люминесценции в 2 раза (рис. 4б) и ускорение кинетики люминесценции с 446 нс до 348 нс. Тушение люминесценции, ускорение кинетики и изменение экстинкции полученной наноструктуры свидетельствует о резонансном безызлучательном переносе энергии возбуждения от КТ к плазмонной наночастице.
Рассмотрим нелинейно-оптические свойства исследуемых образцов. На (рис. 5а) представлены полученные Z-сканы исходных компонентов и гибридной наноструктуры на основе КТ Ag2S, Аи НС. Заметно значительное увеличение нели-
Рис. 4. Спектры экстинкции синтезированных КТ Zn0 Ag НЧ и их смесей (а) и спектры люминес-
ценции КТ Zn0 Ag НЧ (б). На врезке кинетика затухания люминесценции исследуемых образцов
Рис. 5. Кривые Z-сканирования исследуемых образцов КТ Ag2S, Аи НС и их смеси в поле лазерных импульсов с длиной волны 532 нм, длительностью 10 нс и энергией в импульсе 0,16 мДж, полученные в геометрии с открытой (ОА) и закрытой (СА) апертурой (а). Кривые Z-сканирования исследуемых образцов КТ Zn0 Ag НЧ и их смеси в поле лазерных импульсов с длиной волны 355 нм, длительностью 10 нс и энергией в импульсе 1.33 мДж, полученные в геометрии с закрытой апертурой
нейного поглощения при ассоциации КТ Ag2S, Au НС, по сравнению с исходными КТ (провал в фокальной плоскости собирающей линзы при z = 0). Коллоидный раствор, чистых Au НС, не продемонстрировал нелинейно-оптического отклика в условиях наших экспериментов (синяя прямая линия) (рис. 5а). Z-скан КТ Ag2S, полученный в геометрии с закрытой апертурой, демонстрируют дефокусировку лазерного излучения, которая подавляется при ассоциации с наностре-ржнями золота.
В случае зондирования лазерными импульсами с длиной волны 355 нм КТ Zn0 5Cd0 5S, Ag НЧ наблюдается схожая с предыдущим результатом картина. При сопряжении КТ Zn0 5Cd0 5S и Ag НЧ наблюдается значительное усиление нелинейного поглощения. Данная картина не является проявлением суммы эффектов в нелинейно-оптическом отклике, так как при исследовании на-ночастиц металлов полезного сигнала обнаружено не было, а квантовые точки имели значительно меньшее нелинейное поглощение (провал в фокальной плоскости в Z-скане).
Для дальнейшего рассмотрения приведенной выше картины стоит обратиться к механизмам нелинейностей в исследуемых структурах. Для квантовых точек Ag2S и Zn0 5Cd0 5S характерна нелинейная рефракция лазерного излучения. Дефокусировка лазерного излучения возникает за счет эффекта заполнения состояний «band filling» [21, 22]. Под воздействием лазерных импульсов на коллоидные КТ происходит перераспределение заполнения локализован-
ных состояний, что в свою очередь приведет к изменению показателя преломления коллоидного раствора, в соответствии с соотношениями Крамерса-Кронинга [13]. Механизмом нелинейного поглощения в данном случае является обратное насыщение поглощения на реальных состояниях, которыми являются ловушки (оборванные связи на поверхности КТ и структурные дефекты) и/или центры люминесценции. Это подтверждается результатами наших работ [23-25]. Для наночастиц благородных металлов характерно просветление плазмонных резонан-сов в поле фемтосекндных импульсов, динамическое рассеяние и фоторазрушение в поле пи-косекундных и наносекундных импульсов [26]. В наших экспериментах вклад динамического рассеяния в нелинейно-оптический отклик невелик, что экспериментально подтверждалось записью сигнала на дополнительный фотодиод, расположенный под углом к оптической оси собирающей линзы при Z-сканировании. Отсутствие динамического рассеяния определяется слабой экстинкцией растворов Аи NRs на длине волны зондирующего излучения и малой энергией лазерных импульсов.
Таким образом, наблюдается усиление нелинейного поглощения при сопряжении КТ и плазмонных наночастиц. Экспериментально полученные Z-сканы аппроксимировались выражением, приведенным в работе [27], позволяющим определять коэффициенты нелинейного поглощения и нелинейной рефракции. Коэффициент нелинейной рефракции КТ Ag2S равнял-
А. И. Звягин и др. Формирование плазмон-экситонных наноструктур с нелинейно-оптическим откликом...
ся - 2.540-15 см^Вт-1, коэффициент нелинейного поглощения - 840-11 см-Вт-1. Коэффициент нелинейного поглощения смеси КТ Ag2S и Аи НС равнялся 740-10 см-Вт-1, что в 8.5 раз больше чем у чистых КТ Ag2S. В случае КТ Zn0 5Cd0 ^ коэффициент нелинейной рефракции равнялся - 140-15 см2-Вт-1, коэффициент нелинейного поглощения 1.440-11 см-Вт-1. Сопряжение с наносферами серебра приводило к увеличению коэффициента нелинейного поглощения до 1.340-10 см-Вт-1, то есть в 9.3 раза по сравнению с чистыми КТ Zn05Cd05S. Данное усиление нелинейного поглощения можно объяснить увеличением обратного насыщающегося поглощения, происходящего вследствие каскадных двух-квантовых переходов на собственных и локальных состояниях коллоидных квантовых точек в присутствии плазмонных наночастиц металлов, за счет резонансного безызлучательного переноса энергии в результате плазмон-экситонно-го взаимодействия.
4. Заключение
Методами просвечивающей электронной микроскопии, абсорбционной и люминесцентной спектроскопии выполнено обоснование формирования наноструктур с плазмон-экситон-ным взаимодействием на основе квантовых точек Zn0 5Cd0 Ag2S и наночастиц серебра и золота сферической и цилиндрической формы, соответственно. Исследуемые образцы подбирались с учетом различной настройки оптических резо-нансов в поглощении, люминесценции КТ и экстинкции наночастиц металлов. Экспериментальным проявлением формирования гибридных плазмон-экситонных наноструктур, подтверждается анализом ПЭМ изображений, показывающих адсорбцию КТ на наночастицы металла, а также трансформацией спектров экстинкции света смеси КТ и НЧ. Тушение люминесценции КТ и ускорение ее кинетики также свидетельствует о взаимодействии, достаточном для резонансного безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения от центров рекомби-национной люминесценции КТ к плазмонным наночастицам. Методом Z-сканирования в поле наносекундных лазерных импульсов с длиной волны 532 нм для смесей КТ Ag2S и наночастиц золота цилиндрической формы и КТ Zn0 5Cd0 ^ с наночастицами серебра в поле лазерных импульсов с длиной волны 355 нм установлено увеличение коэффициента нелинейного поглощения КТ в присутствии плазмонных наночастиц ме-
таллов до 9 раз. Результаты данных исследований создают новые возможности для разработки оригинальных систем управления интенсивностью лазерного излучения, а также квантовых сенсоров нового поколения.
Заявленный вклад авторов
Звягин А. И. - исполнение научного исследования, написание статьи, научное редактирование текста. Чевычелова Т. А. - исполнение научного исследования. Перепелица А. С. - исполнение научного исследования. Смирнов М. С. - научное редактирование текста, обсуждение результатов исследования. Овчинников О. В. -научное редактирование текста, обсуждение результатов исследования.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что у них нет известных финансовых конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.
Список литературы
1. Cao E., Lin W., Sun M., Liang W., Song Yi. Exci-ton-plasmon coupling interactions: from principle to applications. Nanophotonics. 2018;7(1): 145-167. https://doi.org/10.1515/nanoph-2017-0059
2. Ke L., Katsnelson M. I. Electron correlation effects on exchange interactions and spin excitations in 2D van der Waals materials. npj Computational Materials. 2021;7(4): 1-8. https://doi.org/10.1038/s41524-020-00469-2
3. De Vera P., Abril I., Garcia-Molina R. Excitation and ionisation cross-sections in condensed-phase biomaterials by electrons down to very low energy: application to liquid water and genetic building blocks. Physical Chemistry Chemical Physics. 2021;23: 50795095. https://doi.org/10.1039/d0cp04951d
4. Yadav R. K., Aneesh J., Sharma R., ... Adarsh K. V. Designing hybrids of graphene oxide and gold nanoparticles for nonlinear optical response. Physical Revied Applied. 2008;9(4): 044043(10). https://doi. org/10.1103/PhysRevApplied.9.044043
5. Davoodi F., Talebi N. Plasmon-exciton interactions in nanometer-thick gold-WSe2 multilayer structures: implications for photodetectors, sensors, and light-emitting devices. ACS Applied Nano Materials. 2021;4(6): 6067-6074. https://doi.org/10.1021/ acsanm.1c00889
6. Kholmicheva N., Royo Romero L., Cassidy J., Zamkov M. Prospects and applications of plasmon-ex-citon interactions in the near-field regime. Nanophotonics. 2019;8(4): 613-628. https://doi.org/10.1515/ nanoph-2018-0143
А. И. Звягин и др. Формирование плазмон-экситонных наноструктур с нелинейно-оптическим откликом...
7. Hu S., Ren Y., Wang Y., ... Tang Y. Surface plas-mon resonance enhancement of photoluminescence intensity and bioimaging application of gold na-norod@CdSe/ZnS quantum dots. Beilstein Journal of Nanotechnology, 2019;10: 22-31. https://doi. org/10.3762/bjnano.10.3
8. Danilov V. V., Panfutova A. S., Khrebtov A. I., Ambrosini S., Videnichev D. A. Optical limiting as result a of photoinduced electron transfer in hybrid systems with CdSe/ZnS quantum dots, C60, and Perylene. Optics Letters. 2012;37(19): 3948-3950. https://doi.org/10.1364/OL.37.003948
9. Zvyagin A. I., Perepelitsa A. S., Ovchinnikov O. V., Smirnov M. S., Ganeev R. A. Nonlinear optical properties of associates of erythrosine molecules and gold nanoparticles. Materials Research Express. 2019;6: 1150c8. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab4e2a
10. Ovchinnikov O. V., Smirnov M. S., Chevychelo-va T. A., Zvyagin A. I., Selyukov A. S. Nonlinear absorption enhancement of Methylene Blue in the presence of Au/SiO2 core/shell nanoparticles. Dyes and Pigments. 2022;197: 109829. https://doi.org/10.1016/'. dyepig.2021.109829
11. Jana N. R., Gearheart L., Murphy C. J. Seed-mediated growtha for shape-controlled synthesis of spheroidal and rod-like gold nanoparticles using a surfactant template. Advanced Materials. 2001;13(18): 1389-1393. https://doi.org/10.1002/1521-4095(200109)13:18<1389::aid-adma1389>3.0.co;2-f
12. Frank A. J., Cathcart N., Maly K. E., Kitaev V. Synthesis of silver nanoprisms with variable size and investigation of their optical properties: a first-year undergraduate experiment exploring plasmonic nanoparticles. Journal of Chemical Education, 2010;87(10): 1098-1101. https://doi.org/10.1021/ ed100166g
13. Sheik-Bahae M., Hutchings D. C., Hagan D. J., Van Stryland E. W. Dispersion of bound electron nonlinear refraction in solids. IEEE Journal of Quantum Electronics. 1991;27: 1296-1309, https://doi. org/10.1109/3.89946
14. Amendola V., Pilot R., Frasconi M., Mara-go O. M, Iati M. A. Surface plasmon resonance in gold nanoparticles: a review. Journal of Physics: Condensed Matter. 2017;29: 203002(48). https://doi. org/10.1088/1361-648X/aa60f3
15. Гревцева И. Г., Чевычелова Т. А., Дереп-ко В. Н., Овчинников О.В., Смирнов М. С., Перепелица А. С., Паршина А. С. Спектральные проявления плазмон-экситонного взаимодействия квантовых точек Ag2S с наночастицами серебра и золота. Конденсированные среды и межфазные границы. 2021;23(1): 25-31. https://doi.org/10.17308/ kcmf.2021.23/3294
16. Daniel M. C., Astruc D. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-relat-
ed properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chemical Reviews. 2004;104(1): 293-346. https://doi.org/10.1021/cr030698+
17. Durach M., Rusina A., Stockman M. I., Nelson K. Toward full spatiotemporal control on the nanoscale. Nano Letters. 2007;7(10): 3145-3149. https://doi. org/10.1021/nl071718g
18. Komarala V. K., Rakovich Yu. P., Bradley A. L. Off-resonance surface plasmon enhanced spontaneous emission from CdTe quantum dots. Applied Physics Letters. 2006;89(25): 253118. https://doi. org/10.1063/1.2422906
19. Gong H. M., Wang X. H., Du Y. M., Wang 0. 0. Optical nonlinear absorption and refraction of CdS and CdS-Ag core-shell quantum dots. The Journal of Chemical Physics. 2006;125(2): 024707. https://doi. org/10.1063/1.2212400
20. Овчинников О. В., Смирнов М. С., Гревцева И. Г., ... Кондратенко Т. С. Люминесцентные свойства коллоидных смесей квантовых точек Zn0.5Cd0.5S с наночастицами золота. Конденсированные среды и межфазные границы. 2021;23(1): 49-55. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3302
21. Ganeev R. A., Ryasnyansky A. I., Tugushev R. I., Usmanov T. Investigation of nonlinear refraction and nonlinear absorption of semiconductor nanoparticle solutions prepared by laser ablation. Journal of Optics A: Pure and Applied Optics 2003;5(4): 409-417. https:// doi.org/10.1088/1464-4258/5/4/317
22. Chang 0., Gao Y., Liu X., Chang C. Nonlinear properties of water-soluble Ag2S and PbS quantum dots under picosecond laser pulses. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018;186(4): 01207 6. https://doi.org/10.1088/175 51315/186/4/012076
23. Kondratenko T. S., Zvyagin A. I., Smirnov M. S., Grevtseva I. G., Perepelitsa A. S., Ovchinnikov O. V. Luminescence and nonlinear optical properties of colloidal Ag2S quantum dots. Journal of Luminescence. 2019;208: 193-200. https://doi.org/10.10Wj.jlumin. 2018.12.042
24. Звягин А. И., Чевычелова Т. А., Чирков К. С., Смирнов М. С., Овчинников О. В. Нелинейно-оптические свойства коллоидных квантовых точек PbS И Ag2S, пассивированных 2-меркаптопропио-новой кислотой. Известия РАН серия физическая, 2022;86(10): 1429-1434. https://doi.org/10.31857/ S036767652210026X
25. Смирнов М. С., Овчинников О. В., Звягин А. И., ... Фам Х.М. Динамика наведенного поглощения и нелинейно-оптический отклик в коллоидных квантовых точках Ag2S. Оптика и спектроскопия. 2022;130(4): 606-612. https://doi. org/10.21883/OS.2022.04.52282.2964-21
26. Chevychelova T. A., Zvyagin A. I., Perepeli-tsa A. S., Ovchinnikov O. V., Smirnov M. S., Selyu-
А. И. Звягин и др. Формирование плазмон-экситонных наноструктур с нелинейно-оптическим откликом...
kov A. S. Role of photoinduced destruction of gold nanorods in the formation of nonlinear optical response. Optik. 2022;250(2): 168352, https://doi. org/10.1016/j.ijleo.2021.168352
27. Liu X., Guo S., Wang H., Hou L. Theoretical study on the closed-aperture Z-scan curves in the materials with nonlinear refraction and strong nonlinear absorption. Optics Communications. 2001;197(4-6): 431-437. https://doi.org/10.1016/s0030-4018(01)01406-7
Информация об авторах
Звягин Андрей Ильич, к. ф.-м. н., преподаватель кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0002-1914-9054 [email protected]
Чевычелова Тамара Андреевна, аспирант кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0001-8097-0688 [email protected]
Перепелица Алексей Сергеевич, к. ф.-м. н., старший преподаватель кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0002-1264-0107 [email protected]
Смирнов Михаил Сергеевич, д. ф.-м. н., доцент, доцент кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0001-8765-0986 [email protected]
Овчинников Олег Владимирович, д. ф.-м. н., профессор, декан физического факультета, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0001-6032-9295 [email protected]
Поступила в редакцию 07.12.2022; одобрена после рецензирования 21.12.2022; принята к публикации 26.12.2023; опубликована онлайн 25.09.2023.
