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.
1. Sihvola A. Character of surface plasmons in layered spherical structures // PIER. – 2006. – Vol. 62. – P. 317–331.
2. Лерман Л.Б. Возникновение дополнительных плазмонных резонансов в малых части-цах с оболочкой // Химия, физика и технология поверхности. – 2008. – Вып. 14. – С. 91–100.
3. Гузатов Д.В., Ораевский А.А., Ораевский А.Н. Плазмонный резонанс в эллипсоидаль-ных наночастицах с оболочкой // Квантовая электроника. – 2003. – Т. 33. – № 9. – С. 817–822.
4. Garnett J.C.M. Colours in metal glasses and in metallic films // Phil. Trans. R. Soc. – 1904. – Vol. 203. – P. 385–420.
5. Обобщенное приближение эффективного поля для неоднородной среды с включениями в оболочке / В.И. Колесников, В.В. Бардушкин, И.В. Лавров и др. // Доклады Академии наук. – 2017. – Т. 476. – №3. – С. 280–284.
6. Фокин А.Г. Диэлектрическая проницаемость смесей // ЖТФ. – 1971. – Т. 41, Вып. 6. – С. 1073–1079.
7. Фокин А.Г. Макроскопическая проводимость случайно-неоднородных сред. Методы расчета // УФН. – 1996. – Т. 166. – № 10. – С. 1069–1093.
8. Yakovlev V.V., Bardushkin V.V., Lavrov I.V., Yakovleva E.N. Simulation of the frequency dispersion of effective dielectric characteristics of composite materials // Semiconductors. – 2014. – Vol.48. – No. 13. – P. 1710–1715.
9. Об объединении методов оценки эффективных диэлектрических характеристик гетеро-генных сред на основе обобщенного сингулярного приближения / В.И. Колесников, В.Б. Яковлев, В.В. Бардушкин и др. // Доклады Академии наук. – 2013. – Т. 448. – № 1. – С. 27–31.
10. Де Гроот С.Р., Сатторп Л.Г. Электродинамика. – М.: Наука, 1982. – 560 с.
11. Bragg W.L., Pippard A.B. The form birefringence of macromolecules // Acta Cryst. – 1953. – Vol. 6. – No. 11–12. – P. 865–867.
12. Levy O., Stroud D. Maxwell Garnett theory for mixtures of anisotropic inclusions: Applica-tion to conducting polymers // Phys. Rev. B. – 1997. – Vol.56. – Nо. 13. – P. 8035–8046.
13. Giordano S. Order and disorder in heterogeneous material microstructure: Electric and elastic characterization of dispersions of pseudo-oriented spheroids // Int. J. Eng. Sci. – 2005. – Vol. 43. – P. 1033–1058.
14. Giordano S. Equivalent permittivity tensor in anisotropic random media // J. Electrost. – 2006. – Vol. 64. – P. 655–663.
15. Иванов Е.Н., Лавров И.В. Теория диэлектрической проницаемости композиционных материалов с текстурой. Ч.1 // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. – 2007. – №1. – С. 73–78.
16. Zavgorodnyaya M I., Lavrov I.V., Fokin A.G. Analytical approach to calculating the effec-tive dielectric characteristics of heterogeneous textured materials with randomly shaped inclu-sions // Semiconductors. – 2015. – Vol.49. – No.13. – P. 1718–1726.
17. Zavgorodnyaya M.I., Lavrov I.V. Methods of accounting for inclusion-shape randomness in calculating the effective dielectric characteristics of heterogeneous textured materials // Semi-conductors. – 2016. – Vol. 50. – No.13. – P. 1708–1715.
18. Золотарев В.М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В. Оптические постоянные природных и технических сред: справочник. – Л.: Химия, 1984. – 216 c.
19. Palik E.D. Handbook of optical constants of solids. – Orlando: Acad. Press, 1985.
20. Хлебцов Н.Г. Оптика и биофотоника наночастиц с плазмонным резонансом // Кванто-вая электроника. – 2008. – Т. 38. – № 6. – С. 504–529.
21. Moroz A. Electron mean-free path in metal-coated nanowires // J. Opt. Soc. Am. B. – 2011. – Vol. 28. – No. 5. – P. 1130–1138.