محاسبه خواص اپتیکی نانوذرات فلزی در شکل و اندازه های مختلف
چکیده
خواص موجی شکل الکترون ها داخل ماده، نسبت بالای سطح به حجم بیشتر بودن سطح تماس مواد با یکدیگر و از طرفی کسر بالای اتم های سطح به همراه اندازه و شکل آنها درمقیاس نانو سبب شد که خواص کاملا متفاوتی در ابعاد نانو پدید آید و تحقیقات در زمینه نانو به عنوان چالش اصلی علمی و صنعتی شناخته شود. خواص مواد بستگی به اتم های تشکیل دهنده مواد و نحوه قرارگیری اتم ها درساختار ماده دارد. به سبب اینکه نانو ذرات فلزی جذب کننده و پراکننده بسیار قوی نور می باشند، خواص اپتیکی آنها برایمان جالب توجه است. در این رساله رفتار طیف خاموشی وابسته به اندازه نانوذرات کروی شکل و نیز آرایه ای از نانوکره ها باتوجه به تغییر در تعداد ذرات و نیز جدایی بین آنها مورد بررسی قرار گرفت. در مورد آرایه نانو کره ها با توجه به تعداد و نیز فاصله بین ذرات می توان رفتار مختلفی را در طیف خاموشی مشاهده کرد. دیدیم که با افزایش تعداد نانوکره ها، قله خاموشی به سمت طول موج های بالاتر منتقل می شود و اصطلاحا انتقال به قرمز می یابد درحالی که در مورد افزایش جدایی بین ذرات در آرایه رفتار قله خاموشی دقیقا برعکس بوده و با افزایش فاصله بین نانوکره ها به سمت طول موج های پایین تر منتقل می شود و اصطلاحا انتقال به آبی میابد. در بررسی نمودارهای خاموشی نانوذرات کروی منفرد به این نتیجه رسیدیم که با افزایش اندازه ذرات از حدود 127 نانومتر به بالا، قله های خاموشی دیگری نیز آشکار می شوند. از شعاع 127 نانومتر به تدریج از شدت قله اصلی خاموشی که در اندازه های پایین تر به صورت منفرد وجود داشت کاسته شده و بر شدت قله دیگری که در طول موج 520 نانومتر شروع به نمایان شدن می کند افزوده می شود و در شعاع های بالاتر به سمت طول موج های بیشتر پیش می رود و انتقال به قرمز می یابد. علاوه بر این، مشاهده شد که با تغییر جنس کره از طلا به نقره قله های خاموشی دیگری در طیف خاموشی از شعاع های پایین، تقریبا از 20 نانومتر، شروع شده و همرا ه با افزایش اندازه بر شدت انها به تدریج افزوده می شودو از شدت قله اصلی کاسته می شود. مورد دیگری که مورد بررسی قرارگرفت اثر ضریب شکست محیط احاطه کننده نانو کره ها بر طیف خاموشی آنها می باشد. طبق نتایج حاصل شده با افزایش ضریب شکست محیط احاطه کننده نانوکره های طلا، قله خاموشی مجددا انتقال به قرمز میابد علاوه بر این بر شدت آن افزوده می شود. با تغییر جنس از طلا به نقره، باز هم قله های فرعی نمایان شده اما اینبار قله اصلی خاموشی با شدت یکسان در محیط های مختلف ظاهر شده واز شدت آن کاسته نمی شود. در بررسی های انجام شده روی نانوذرات هسته – پوسته با جنس ها و اندازه های مختلف و نیز در محیط هایی با ضریب شکست متفاوت، رفتارهای متقاوتی در قله خاموشی دیده شد. طبق انتظار، با افزایش شعاع هسته یا پوسته و یا هر دو، مکان قله خاموشی انتقال به قرمز داشته و بسته به جنس هسته و پوسته شدت های متفاوتی را از خود نشان می دهد. همچنین اثر تغییرضریب شکست محیط نیز باعث جابه جایی قله به سمت طول موج های بالاتر می شود. نکته قابل توجه این است که اثر پوسته بر طیف خاموشی موثر بوده و متناسب با نوع و جنس پوسته رفتارهای متفاوتی در طیف دیده می شود. آخرین موردی که بررسی شد، طیف خاموشی نانو ساختارهای متشکل از تعدادی نانو کره طلا که با فاصله های مختلف در یک آرایه 1 بعدی واقع شده اند می باشد. در این مورد نیز دیدیم که مکان قله خاموشی با تغییرات تعداد ذرات موجود در آرایه و نیز با تغییر فاصله بین آنها تغییر می کند. در مورد اول، قله انتقال به قرمز یافته و به سمت طول موج های بالاتر پیش می رود ضمن اینکه بر شدت آن نیز افزوده می شود اما در مورد دوم رفتار طیف کاملا بر عکس بوده و انتقال به آبی میابد و از شدتش نیز کاسته می شود