Плазмоны — коллективные колебания свободных электронов в металлах, которые при резонансе с электромагнитным излучением приводят к уникальным оптическим свойствам наночастиц.
Локализованные поверхностные плазмоны (LSPR) возникают, когда электроны в наночастице резонируют с падающим светом, вызывая сильное усиление локального электромагнитного поля.
Резонанс плазмонов зависит от размера, формы, состава наночастицы и окружающей среды.
Модель Друде описывает поведение свободных электронов в металле, учитывая их взаимодействие с внешним полем и столкновения.
Для наночастиц размером меньше длины волны света применяется квазистатический подход: поле внутри частицы считается однородным.
Расчёт резонансной частоты LSPR сводится к решению уравнений Максвелла с учётом диэлектрических функций металла и среды.
Размер наночастицы Увеличение размера приводит к красному смещению резонанса и расширению линии из-за радиационного ослабления и рассеяния.
Форма Наночастицы могут иметь сферическую, эллипсоидную, палочковую или более сложную форму, что приводит к расщеплению плазмонных мод и многопиковому спектру.
Окружающая среда Изменение показателя преломления среды вокруг наночастицы сдвигает резонанс, что лежит в основе методов сенсинга.
Ультрафиолетово-видимая спектроскопия (UV-Vis): наблюдение полос поглощения и рассеяния, связанных с LSPR.
Рамановская спектроскопия с усилением на поверхности (SERS): использование усиления поля для детектирования молекул вблизи наночастиц.
Электронная микроскопия с электрооптическим контрастом: визуализация распределения плазмонных полей.
Био- и химические сенсоры на основе сдвигов плазмонного резонанса при связывании молекул.
Улучшение эффективности фотокатализа и фотосинтеза.
Разработка нанофотонных элементов и сверхразрешающей оптики.
Медицина: фототермальная терапия, где плазмонные наночастицы преобразуют свет в тепло для уничтожения клеток опухоли.
Таким образом, магнитные свойства и плазмонные явления в металлических наночастицах формируют основу современных исследований и технологий в нанофизике, объединяя квантовую механику, оптику и магнитизм на наноуровне.