Optical Absorption of a Composite Based on Two-Layer Nanowires

Abstract

В рамках класичної теорії Друде проаналізовано оптичні властивості двошарових нанодротів. Отримано вирази та розраховано частотні залежності дійсної та уявної частин діелектричної функції для метал-оксидних нанодротів та нанооболонок. Досліджено оптичне поглинання композиту на основі обох підходів. Показано, що варіювання розмірів товщини як ядра, так і оболонки, призводить до зміни величини та положення максимумів оптичних характеристик вказаних систем. Продемонстрована наявність двох максимумів коефіцієнту поглинання композиту на основі металевих нанооболонок. Розщеплення на два резонансних піки обумовлене гібридизацією поверхневих плазмонів, що залежать від внутрішнього та зовнішнього радіусу оболонки. Проаналізовано вплив кінцевої товщини металевого шару на частотні залежності коефіцієнту поглинання. Розрахунки проведені для металів Au, Ag та Al, що знаходяться у різних діелектричних матрицях. Встановлено, що поведінка максимумів оптичного поглинання композиту визначається діелектричною сталою матриці.

The optical properties of two-layer nanowires are analyzed within the classical Drude theory. The expressions and frequency dependences of the real and imaginary parts of the dielectric function for metal oxide nanowires and nanoshells are calculated. The optical absorption of a composite on the basis of both approaches is investigated. It is shown that the variation of the thickness of both the core and the shell leads to a change in the magnitude and position of the optical characteristics maxima of specified systems. The presence of two maxima of the absorption coefficient of the composite based on metal nanoshells is demonstrated. Splitting into two resonant peaks is due to the hybridization of surface plasmons, which depends on the inner and outer radii of the shell. The influence of the metal layer final thickness on the frequency dependences of the absorption coefficient is analyzed. Calculations are performed for metals Au, Ag and Al, which are in different dielectric matrices. It is established that the behavior of the optical absorption maxima of the composite is determined by the dielectric constant of the matrix.