Моделювання регульованих плазмонних властивостей сферичних еліпсоїдальних наночастинок срібла в матриці органічного напівпровідника
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.314228Ключові слова:
срібло, сферичні та еліпсоїдні наночастинки, пік плазмонного резонансу, переріз поглинання, переріз розсіювання, ансамбль наночастинокАнотація
Об'єктом дослідження є керовані плазмонні властивості сферичних та еліпсоїдальних наночастинок срібла в органічній напівпровідниковій матриці. Розраховано усереднені перерізи поглинання, розсіювання та оптичну ефективність випромінювання сферичних та еліпсоїдальних наночастинок срібла. Для моделювання оптичних параметрів зібраних сферичних та еліпсоїдних наночастинок використано довгохвильовий статистичний підхід. Тут використовується статистичне усереднення, де поглинання та розсіювання розглядаються від «ефективної» частинки, властивості якої мають статистичну природу. Такий підхід дозволяє уникнути складних розрахунків з урахуванням деталей спектральних характеристик окремих наночастинок різної форми. В роботі показано, що пік перерізів поглинання та розсіювання матриці нанокомпозиту, що містить ансамблі сферичних наночастинок різного розміру, буде зміщений в короткохвильову область спектра в порівнянні з ансамблями однакових сферичних наночастинок. Крім того, спостерігається незначне збільшення перерізу поглинання та зменшення перерізу розсіювання, що підтверджує наявність наночастинок меншого розміру. Проведено дослідження композиційного матеріалу, що містить випадково диспергований ансамбль еліпсоїдних наночастинок однакової та різної форми та розмірів в органічній напівпровідниковій матриці. Ансамбль однакових еліпсоїдних наночастинок характеризується наявністю двох плазмонних піків, що відповідає характеристикам однієї еліпсоїдної наночастинки. Зовсім інша ситуація спостерігається, якщо врахувати, що нанокомпозит буде містити ансамбль еліпсоїдних наночастинок різної форми та розміру. Такі наночастинки будуть характеризуватися одним плазмонним піком як для перерізу поглинання, так і для перерізу розсіювання. Це можна пояснити тим, що зі зменшенням розміру еліпсоїдних наночастинок зменшується відстань між піками, що відповідають за поздовжню та поперечну моди плазмонного збудження. Крім того, збільшення розподілу форми призводить до розширення перерізу спектрів поглинання та розсіювання. Ефективність оптичного випромінювання зростає зі збільшенням розподілу за розмірами. Показано, що зміна показника заломлення органічної напівпровідникової матриці в основному впливає лише на величину перерізу розсіювання ансамблю диспергованих у ній еліпсоїдних наночастинок. Це дослідження є попереднім кроком до вивчення впливу цих частинок на властивості органічних світловипромінювальних структур.
Спонсор дослідження
- The authors acknowledge the financial support of this research by the National Research Foundation of Ukraine under the grant «Low-dimensional structures for enhancing the luminescence quantum yield in highly efficient phosphorescent light-emitting devices» (0124U003833).
Посилання
- Fernández-Arteaga, Y., Maldonado, J.-L., García-Carvajal, S., Carrillo-Sendejas, J. C., Arenas-Arrocena, M. C. (2024). Photovoltaic enhancement in OSCs based on PM6:Y7 when doping the active layer with Ag2S nanoparticles. Optical Materials, 155, 115854. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.115854
- Liu, S., Sun, Y., Chen, L., Zhang, Q., Li, X., Shuai, J. (2022). A review on plasmonic nanostructures for efficiency enhancement of organic solar cells. Materials Today Physics, 24, 100680. https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2022.100680
- Cho, C., Kang, H., Baek, S.-W., Kim, T., Lee, C., Kim, B. J., Lee, J.-Y. (2016). Improved Internal Quantum Efficiency and Light-Extraction Efficiency of Organic Light-Emitting Diodes via Synergistic Doping with Au and Ag Nanoparticles. ACS Applied Materials & Interfaces, 8 (41), 27911–27919. https://doi.org/10.1021/acsami.6b07666
- Zhang, D., Xu, J., Sun, H. (2021). Toward High Efficiency Organic Light‐Emitting Diodes: Role of Nanoparticles. Advanced Optical Materials, 9 (6). https://doi.org/10.1002/adom.202001710
- Amirjani, A., Amlashi, N. B., Ahmadiani, Z. S. (2023). Plasmon-Enhanced Photocatalysis Based on Plasmonic Nanoparticles for Energy and Environmental Solutions: A Review. ACS Applied Nano Materials, 6 (11), 9085–9123. https://doi.org/10.1021/acsanm.3c01671
- Alzoubi, F. Y., Ahmad, A. A., Aljarrah, I. A., Migdadi, A. B., Al-Bataineh, Q. M. (2023). Localize surface plasmon resonance of silver nanoparticles using Mie theory. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 34 (32). https://doi.org/10.1007/s10854-023-11304-x
- Tsarmpopoulou, M., Ntemogiannis, D., Stamatelatos, A., Geralis, D., Karoutsos, V., Sigalas, M., Poulopoulos, P., Grammatikopoulos, S. (2024). Silver Nanoparticles’ Localized Surface Plasmon Resonances Emerged in Polymeric Environments: Theory and Experiment. Micro, 4 (2), 318–333. https://doi.org/10.3390/micro4020020
- Shi, C., Xu, Z., Wu, Z., Liu, Y., Wang, Q., Zhang, D. et al. (2024). The enhanced properties of amplified spontaneous emission and organic light emitting diodes based on Ag NPs doped hole transfer layer. Journal of Luminescence, 265, 120170. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2023.120170
- Zhao, Z., Chen, C., Wu, W., Wang, F., Du, L., Zhang, X. et al. (2019). Highly efficient photothermal nanoagent achieved by harvesting energy via excited-state intramolecular motion within nanoparticles. Nature Communications, 10 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-019-08722-z
- Hamood Al-Masoodi, A. H., Goh, B. T., Farhanah Binti Nazarudin, N. F., Mohd Sarjidan, M. A., Wong, W. S., Binti Abd Majid, W. H. (2020). Efficiency enhancement in blue phosphorescent organic light emitting diode with silver nanoparticles prepared by plasma-assisted hot-filament evaporation as an external light-extraction layer. Materials Chemistry and Physics, 256, 123618. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123618
- Hu, J., Yu, Y., Jiao, B., Ning, S., Dong, H., Hou, X. et al. (2016). Realizing improved performance of down-conversion white organic light-emitting diodes by localized surface plasmon resonance effect of Ag nanoparticles. Organic Electronics, 31, 234–239. https://doi.org/10.1016/j.orgel.2016.01.031
- Song, H.-J., Han, J., Lee, G., Sohn, J., Kwon, Y., Choi, M., Lee, C. (2018). Enhanced light out-coupling in OLED employing thermal-assisted, self-aggregated silver nano particles. Organic Electronics, 52, 230–236. https://doi.org/10.1016/j.orgel.2017.10.025
- Biswas, S., Jeong, J., Shim, J. W., Kim, H. (2019). Improved charge transport in PANI:PSS by the uniform dispersion of silver nanoparticles. Applied Surface Science, 483, 819–826. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.04.014
- Elemike, E. E., Onwudiwe, D. C., Wei, L., Chaogang, L., Zhiwei, Z. (2019). Noble metal –semiconductor nanocomposites for optical, energy and electronics applications. Solar Energy Materials and Solar Cells, 201, 110106. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.110106
- Boken, J., Khurana, P., Thatai, S., Kumar, D., Prasad, S. (2017). Plasmonic nanoparticles and their analytical applications: A review. Applied Spectroscopy Reviews, 52 (9), 774–820. https://doi.org/10.1080/05704928.2017.1312427
- Korotun, A. V., Pavlyshche, N. I. (2021). Cross Sections for Absorption and Scattering of Electromagnetic Radiation by Ensembles of Metal Nanoparticles of Different Shapes. Physics of Metals and Metallography, 122 (10), 941–949. https://doi.org/10.1134/s0031918x21100057
- Dmytruk, N. L., Honcharenko, A. V., Venher, E. F. (2009). Optyka malykh chastynok i kompozytsiinykh seredovyshch. Kyiv: Naukova dumka.
- Bohren, C. F., Huffman, D. R. (1983). Absorption and Scattering of Light by Small Particles. New York: Wiley.
- Fitio, V., Yaremchuk, I., Vernyhor, O., Bobitski, Ya. (2018). Resonance of surface-localized plasmons in a system of periodically arranged gold and silver nanowires on a dielectric substrate. Applied Nanoscience, 8 (5), 1015–1024. https://doi.org/10.1007/s13204-018-0686-z
- Abbasi, F., Ghorashi, S. M. B., Karimzadeh, E., Zabolian, H. (2021). Investigating the Effect of Ag and Au Nanostructures with Spherical and Rod Shapes on the Emission Wavelength of OLED. Plasmonics, 16 (5), 1841–1848. https://doi.org/10.1007/s11468-021-01441-6
- Agudo-Canalejo, J. (2020). Engulfment of ellipsoidal nanoparticles by membranes: full description of orientational changes. Journal of Physics: Condensed Matter, 32 (29), 294001. https://doi.org/10.1088/1361-648x/ab8034
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Iryna Yaremchuk, Tetiana Bulavinets, Yuriy Smachylo, Yuriy Mysiuk, Volodymyr Fitio, Pavlo Stakhira
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
