Прогнозирование оптических свойств матричных композитов со сферическими включениями с металлической оболочкой

Прогнозирование оптических свойств матричных композитов со сферическими включениями с металлической оболочкой

Изолированные малые частицы с диэлектрическим ядром и металлической оболочкой характеризуются более сложным поведением при воздействии на них электромагнитным излучением, чем сплошные металлические частицы. Поэтому композитная среда, содержащая большое количество таких частиц, будет иметь новые оптические свойства. При условии малости размеров включений по сравнению с длиной волны электромагнитного излучения оптические характеристики неоднородной среды могут быть оценены с помощью эффективной диэлектрической проницаемости данной среды. На основе обобщенного приближения эффективного поля выведена формула для вычисления эффективных диэлектрических характеристик матричного композита со сферическими включениями с оболочкой. Формулу можно считать обобщением классической формулы Максвелла - Гарнетта для случая матричной среды с неоднородными сферическими включениями, состоящими из анизотропного ядра и изотропной оболочки. С помощью полученной формулы в диапазоне длин волн 0,282-0,855 мкм рассчитаны частотные зависимости действительной и мнимой частей эффективной диэлектрической проницаемости композита, состоящего из альфа-кварца в качестве матрицы и сферических нановключений с ядром из альфа-кварца и серебряной оболочкой. Зависимости получены при различных относительных объемных долях ядер во включениях и включений в композите. В указанном диапазоне длин волн рассчитаны частотные зависимости коэффициентов преломления и экстинкции данного композита и коэффициенты пропускания и отражения тонкой композитной пленки. Показано, что наличие в матричном композите включений с металлической оболочкой приводит к появлению дополнительного плазмонного резонанса по сравнению с композитом с цельнометаллическими включениями. Для матричного композита дополнительный плазмонный резонанс проявляется в ультрафиолетовом диапазоне при длине волны 0,33-0,34 мкм и по интенсивности он гораздо слабее основного плазмонного резонанса. Наличие дополнительного плазмонного резонанса приводит к появлению узкой полосы очень слабого пропускания композитной пленки в ультрафиолетовом диапазоне. При фиксированной объемной доле включений в композите увеличение объемных долей ядер в них приводит к смещению основного плазмонного резонанса в сторону бóльших длин волн и уменьшению его интенсивности.
Игорь Викторович Лавров
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Поделиться