РЕЗОНАНСНОЕ И НЕРЕЗОНАНСНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОКРИСТАЛЛОВ С ЛОКАЛИЗОВАННЫМИ ПЛАЗМОНАМИ

Предмет исследования. Исследовано усиление флуоресценции полупроводниковых нанокристаллов и органических красителей с помощью плазмонных резонансов. В продолжение работ, посвященных флуоресценции при нерезонансном взаимодействии молекул и металлических наночастиц, выполнено экспериментальное исследование усиления флуоресценции при нерезонансном взаимодействии металлических наночастиц и квантовых точек. Метод. Образцы металлических наночастиц, имеющих плазмонные резонансы в видимой области спектра, изготовлены методом осаждения паров серебра в высоковакуумной камере. Эквивалентная толщина слоя 5 нм, латеральный размер островков 30–50 нм. Полупроводниковые нанокристаллы CdSe/ZnS с максимумом люминесценции на длине волны 630 нм и нанокристаллы CdSe/ZnS с градиентным составом оболочки ZnS и максимумом люминесценции на длине волны 520 нм создавались методом «горячей инжекции». Растворы квантовых точек наносились на островковые пленки методом spin-coating. Поглощение образцов измерено на спектрофотометре СФ-56. Флуоресценция определялась с помощью спектрофлуориметра RF-5301PC. Исследована кинетика затухания люминесценции образцов. Основные результаты. Показано усиление люминесценции при резонансном взаимодействии квантовых точек и тушение люминесценции при нерезонансном взаимодействии, в обоих случаях наблюдалось сокращение времени жизни люминесценции, характерное для эффекта Парселла. Практическая значимость. Металлические наночастицы в качестве резонатора позволят увеличить квантовый выход флуоресценции различных квантовых излучателей

1. Егорушина Е.А., Жданкина А.А., Клинских А.Ф., Латышев А.Н., Овчинников О.В. Проявление эффекта Пёрселла в стационарной люминесценции молекул вблизи металлических наночастиц // Конденсированные среды и межфазные границы. 2017. Т. 17. № 3. С. 307–318. doi: 10.17308/kcmf.2015.17/73
2. Werschler F., Lindner B., Hinz C., Conradt F., Gumbsheimer P. et al. Efficient emission enhancement of single CdSe/CdS/PMMA quantum dots through controlled near-field coupling to plasmonic bullseye resonators // Nano Letters. 2018. V. 18. N 9.
   P. 5396–5400. doi: 10.1021/acs.nanolett.8b01533
3. Kamalieva A.N., Toropov N.A., Reznik I.B., Vartanyan T.A. Plasmon-assisted aggregation and spectral modification of the layered rhodamine 6G molecules // Optical and Quantum Electronics. 2016. V. 48. N 12. P. 562. doi: 10.1007/s11082-016-0841-2
4. Abadeer N.S., Brennan M.R., Wilson W.L., Murphy C.J. Distance and plasmon wavelength dependent fluorescence of molecules bound to silica-coated gold nanorods // ACS Nano. 2014. V. 8. N 8. P. 8392–8406. doi: 10.1021/nn502887j
5. Melnikau D., Esteban R., Savateeva D. et al. Rabi splitting in photoluminescence spectra of hybrid systems of gold nanorods and J-aggregates // Journal of Physical Chemistry Letters. 2016. V. 7. N 2. P. 354–362. doi: 10.1021/acs.jpclett.5b02512
6. Торопов Н.А., Вартанян Т.А. Влияние островковых металлических пленок на агрегацию и усиление молекулярного поглощения псевдоизоцианина // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. Т. 13. № 6. С. 112–115.
7. Kamalieva A.N., Toropov N.A., Bogdanov K.V., Vartanyan T.A. Enhancement of fluorescence and Raman scattering in cyanine-dye molecules on the surface of silicon-coated silver nanoparticles // Optics and Spectroscopy. 2018. V. 124. N 3. P. 319–322. doi: 10.1134/S0030400X18030153
8. Kulakovich O., Strekal N., Yaroshevich A., Maskevich S., Gaponenko S., Nabiev I., Woggon U., Artemyev M. Enhanced luminescence of CdSe quantum dots on gold colloids // Nano Letters. 2002. V. 2. N 12. P. 1449–1452. doi: 10.1021/nl025819k
9. Pompa P.P., Martiradonna L., Torre A.D., Sala F.D., Manna L.,De Vittorio M., Calabi F., Cingolani R., Rinaldi R. Metal-enhanced fluorescence of colloidal nanocrystals with nanoscale control // Nature Nanotechnology. 2006. V. 1. N 2. P. 126–130. doi: 10.1038/nnano.2006.93
10. Purcell E.M. Spontaneous emission probabilities at radio frequencies // Physical Review. 1946. V. 69. P. 681.
11. Li J., Krasavin A.V., Webster L., Segovia P., Zayats A.V., Richards D. Spectral variation of fluorescence lifetime near single metal nanoparticles // Scientific Reports. 2016. V. 6. N 1. P. 21349. doi: 10.1038/srep21349
12. Krasnok A.E., Slobozhanyuk A.P., Simovski C.R., Tretyakov S.A., Poddubny A.N., Miroshnichenko A.E., Kivshar Y.S., Belov P.A. An antenna model for the Purcell effect // Scientific Reports. 2015. V. 5. P. 12956. doi: 10.1038/srep12956
13. Lu Y., Sokhoyan R., Cheng W., Kafaie S.G., Davoyan A.R., Pala R.A. Thyagarajan K., Atwater H.A. Dynamically controlled Purcell enhancement of visible spontaneous emission in a gated plasmonic heterostructure // Nature Communications. 2017. V. 8. N 1. P. 1631. doi:
    10.1038/ s41467-017-01870
14. Новотный Л., Хехт Б. Основы нанооптики. М: Физматлит, 2009. 484 с.
15. Toropov N.A., Leonov N.B., Vartanyan T.A. Influence of silver nanoparticles crystallinity on localized surface plasmons dephasing times // Physica Status Solidi B. 2018. V. 255. N 3. P. 1700174. doi: 10.1002/pssb.201700174
16. Gaponik N., Talapin D.V., Rogach A.L., Hoppe K., Shevchenko E.V., Kornowski A., Eychmuller A., Weller H. Thiol-capping of CdTe nanocrystals: an alternative to organometallic synthetic routes // Journal of Physical Chemistry B. 2002. V. 106. N 29. P. 7177–7185. doi: 10.1021/jp025541k
17. Bae W.K., Char K., Hur H., Lee S. Single-step synthesis of quantum dots with chemical composition gradients // Chemistry of Materials. 2008. V. 20. N 2. P. 531–539. doi: 10.1021/cm070754d

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License