Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком

Впервые представлены экспериментальные результаты по возбуждению локализованных плазмонов электронным пучком в металлических наночастицах. Электромагнитный отклик зарегистрирован в оптическом диапазоне. Спектр возбуждаемых частот определяется концентрацией электронного газа и геометрическими размера...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Вопросы атомной науки и техники
Date:	2012
Main Authors:	Довбня, А.Н., Закутин, В.В., Решетняк, Н.Г., Коляда, Ю.Е., Федун, В.И., Тютюнников, В.И.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2012
Subjects:	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108950
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком / А.Н. Довбня, В.В. Закутин, Н.Г. Решетняк, Ю.Е. Коляда, В.И. Федун, В.И. Тютюнников // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 4. — С. 171-175. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108950
record_format	dspace
spelling	Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Решетняк, Н.Г. Коляда, Ю.Е. Федун, В.И. Тютюнников, В.И. 2016-11-18T15:52:45Z 2016-11-18T15:52:45Z 2012 Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком / А.Н. Довбня, В.В. Закутин, Н.Г. Решетняк, Ю.Е. Коляда, В.И. Федун, В.И. Тютюнников // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 4. — С. 171-175. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108950 539.21, 621.3 Впервые представлены экспериментальные результаты по возбуждению локализованных плазмонов электронным пучком в металлических наночастицах. Электромагнитный отклик зарегистрирован в оптическом диапазоне. Спектр возбуждаемых частот определяется концентрацией электронного газа и геометрическими размерами частиц. Применение пучков повышает эффективность энергетического обмена с металлическими наноструктурами. Полученные результаты открывают перспективы дальнейшего развития работ в области ускорения заряженных частиц светом с использованием нанорезонаторов и нановолноводов. Experimental results are first presented on excitation of noncommunicative plasmons an electronic bunch in metallic nanoparticles. An electromagnetic response is incorporated in an optical range. The spectrum of the excited frequencies is determined by the concentration of electronic gas and geometrical sizes of particles. Application of bunches is promoted by efficiency of power exchange with metallic nanostructures. The got results open the prospects of further development of works in area of charged particles acceleration by light with the use of nanoresonators and nanowaveguide. Вперше представлені експериментальні результати по збудженню локалізованих плазмонів електронним пучком у металевих наночастинках. Електромагнітний відгук зареєстрований в оптичному діапазоні. Спектр збуджених частот визначається концентрацією електронного газу і геометричними розмірами частинок. Застосування пучків підвищує ефективність енергетичного обміну з металевими наноструктурами. Отримані результати відкривають перспективи подальшого розвитку робіт в області прискорення заряджених частинок світлом з використанням нанорезонаторів і нанохвилеводів. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком Excitation of noncommunicative plasmon’s an electron beam Збудження локалізованих плазмонів електронним пучком Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком
spellingShingle	Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Решетняк, Н.Г. Коляда, Ю.Е. Федун, В.И. Тютюнников, В.И. Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
title_short	Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком
title_full	Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком
title_fullStr	Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком
title_full_unstemmed	Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком
title_sort	возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком
author	Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Решетняк, Н.Г. Коляда, Ю.Е. Федун, В.И. Тютюнников, В.И.
author_facet	Довбня, А.Н. Закутин, В.В. Решетняк, Н.Г. Коляда, Ю.Е. Федун, В.И. Тютюнников, В.И.
topic	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
topic_facet	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
publishDate	2012
language	Russian
container_title	Вопросы атомной науки и техники
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
format	Article
title_alt	Excitation of noncommunicative plasmon’s an electron beam Збудження локалізованих плазмонів електронним пучком
description	Впервые представлены экспериментальные результаты по возбуждению локализованных плазмонов электронным пучком в металлических наночастицах. Электромагнитный отклик зарегистрирован в оптическом диапазоне. Спектр возбуждаемых частот определяется концентрацией электронного газа и геометрическими размерами частиц. Применение пучков повышает эффективность энергетического обмена с металлическими наноструктурами. Полученные результаты открывают перспективы дальнейшего развития работ в области ускорения заряженных частиц светом с использованием нанорезонаторов и нановолноводов. Experimental results are first presented on excitation of noncommunicative plasmons an electronic bunch in metallic nanoparticles. An electromagnetic response is incorporated in an optical range. The spectrum of the excited frequencies is determined by the concentration of electronic gas and geometrical sizes of particles. Application of bunches is promoted by efficiency of power exchange with metallic nanostructures. The got results open the prospects of further development of works in area of charged particles acceleration by light with the use of nanoresonators and nanowaveguide. Вперше представлені експериментальні результати по збудженню локалізованих плазмонів електронним пучком у металевих наночастинках. Електромагнітний відгук зареєстрований в оптичному діапазоні. Спектр збуджених частот визначається концентрацією електронного газу і геометричними розмірами частинок. Застосування пучків підвищує ефективність енергетичного обміну з металевими наноструктурами. Отримані результати відкривають перспективи подальшого розвитку робіт в області прискорення заряджених частинок світлом з використанням нанорезонаторів і нанохвилеводів.
issn	1562-6016
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108950
citation_txt	Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком / А.Н. Довбня, В.В. Закутин, Н.Г. Решетняк, Ю.Е. Коляда, В.И. Федун, В.И. Тютюнников // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 4. — С. 171-175. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT dovbnâan vozbuždenielokalizovannyhplazmonovélektronnympučkom AT zakutinvv vozbuždenielokalizovannyhplazmonovélektronnympučkom AT rešetnâkng vozbuždenielokalizovannyhplazmonovélektronnympučkom AT kolâdaûe vozbuždenielokalizovannyhplazmonovélektronnympučkom AT fedunvi vozbuždenielokalizovannyhplazmonovélektronnympučkom AT tûtûnnikovvi vozbuždenielokalizovannyhplazmonovélektronnympučkom AT dovbnâan excitationofnoncommunicativeplasmonsanelectronbeam AT zakutinvv excitationofnoncommunicativeplasmonsanelectronbeam AT rešetnâkng excitationofnoncommunicativeplasmonsanelectronbeam AT kolâdaûe excitationofnoncommunicativeplasmonsanelectronbeam AT fedunvi excitationofnoncommunicativeplasmonsanelectronbeam AT tûtûnnikovvi excitationofnoncommunicativeplasmonsanelectronbeam AT dovbnâan zbudžennâlokalízovanihplazmonívelektronnimpučkom AT zakutinvv zbudžennâlokalízovanihplazmonívelektronnimpučkom AT rešetnâkng zbudžennâlokalízovanihplazmonívelektronnimpučkom AT kolâdaûe zbudžennâlokalízovanihplazmonívelektronnimpučkom AT fedunvi zbudžennâlokalízovanihplazmonívelektronnimpučkom AT tûtûnnikovvi zbudžennâlokalízovanihplazmonívelektronnimpučkom
first_indexed	2025-11-25T20:35:24Z
last_indexed	2025-11-25T20:35:24Z
_version_	1850523541611479040
fulltext	ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 171 УДК 539.21, 621.3 ВОЗБУЖДЕНИЕ ЛОКАЛИЗОВАННЫХ ПЛАЗМОНОВ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ А.Н. Довбня1, В.В. Закутин1, Н.Г. Решетняк1, Ю.Е. Коляда2, В.И. Федун2, В.И. Тютюнников2 1Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина; 2Приазовский государственный технический университет, Мариуполь, Украина E-mail: yukol@ukr.net; zakutin@kipt.kharkov.ua Впервые представлены экспериментальные результаты по возбуждению локализованных плазмонов электронным пучком в металлических наночастицах. Электромагнитный отклик зарегистрирован в оптиче- ском диапазоне. Спектр возбуждаемых частот определяется концентрацией электронного газа и геометриче- скими размерами частиц. Применение пучков повышает эффективность энергетического обмена с металли- ческими наноструктурами. Полученные результаты открывают перспективы дальнейшего развития работ в области ускорения заряженных частиц светом с использованием нанорезонаторов и нановолноводов. ВВЕДЕНИЕ За последние несколько лет стремительное раз- витие получило одно из направлений нанофизики – наноплазмоника, задачей которой является изучение электромагнитных свойств отдельных металличе- ских наночастиц и сложных наноструктур с пер- спективой создания наноустройств различного на- значения [1]. К ним относятся: элементная база уст- ройств передачи и обработки информации, функ- ционирующая на оптических частотах и имеющая нанометровые размеры; высокоэффективные нано- размерные источники света; нанолазеры; наноан- тенны; нанорезонаторы и нановолноводы; высоко- эффективные солнечные батареи. Энергетические обменные процессы с металли- ческой наночастицей осуществляются за счёт воз- буждения плазмонов, которые обусловлены свобод- ными и вынужденными колебаниями электронного газа относительно ионов кристаллической решётки. Возбуждение плазмонов носит резонансный харак- тер, собственные частоты которых обусловлены концентрацией свободных носителей и геометриче- скими размерами наночастицы, что позволяет «на- страивать» систему их резонансов на эффективное взаимодействие с квантовыми системами. При этом различают поверхностные плазмоны (делокализо- ванные) и локализованные. В настоящее время тео- ретически и экспериментально установлено, что те и другие возбуждаются светом [1,2]. Поверхностные плазмоны возникают на бесконечной плоской по- верхности границы раздела металл – диэлектрик при наличии наноструктуризации поверхности металла, а локализованные − в металлических кластерах или порах внутри металла с размерами, много меньши- ми длины волны света, т.е. в нанокластерах. Период структуры для делокализованных плазмонов также должен быть меньше длины световой волны. По- этому излучаемые волны являются когерентными, что обеспечивает сильную пространственную лока- лизацию этих колебаний (от ультрафиолетового диапазона до инфракрасного). В свою очередь, силь- ная локализация приводит к гигантскому увеличе- нию локальных оптических и электрических полей. Следует отметить, что сложная структура спектров плазмонных наночастиц позволяет обеспечивать как усиление поглощения, так и испускания света нано- частицами и таким образом создать наноразмерные источники света с высокой плотностью энергии. По этой причине гигантские локальные поля вблизи наночастиц приводят к увеличению сечения комби- национного рассеяния на 13-14 порядков, что позво- лит обнаружить отдельные молекулы [3]. С нашей точки зрения создание гигантских ло- кальных полей, генерируемых путём возбуждения плазмонов, и применение нанорезонаторов и нано- волноводов открывает перспективы реализации идеи по ускорению заряженных частиц с помощью давле- ния света, предложенной Я.Б. Файнбергом [4], и ме- тода ускорения светом в плазме твёрдого тела, пред- ложенного П. Ченом и Р. Нэйблом [5,6]. Для реализа- ции этих методов необходимо решить такие важные проблемы, как ввод светового излучения в металл и возбуждение волн плотности заряда в плазме метал- ла. Эти проблемы могут быть успешно решены путём возбуждения света (плазмонов) электронным пучком при взаимодействии его с металлическими нано- структурами. Следует отметить, что в упомянутых работах авторы предлагали осуществлять ускорение в оптических волокнах или металлических плёнках малой толщины во избежание разрушения твёрдого тела при огромных мощностях лазерного излучения. Как было сказано выше, до настоящего времени возбуждение плазмонов осуществлялось лишь кван- тами света. Применение электронных пучков для этой цели может существенно повысить эффектив- ность энергетического обмена с металлическими наноструктурами и получить ещё более высокие значения плотности электромагнитной энергии в оптическом диапазоне. В этой связи целью настоящей работы является экспериментальная проверка возможности возбуж- дения локализованных плазмонов электронным пучком в металлических наночастицах, определение характеристик оптического излучения и механизмов пучково-плазмонного взаимодействия. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 172 1. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА Схема эксперимента изображена на Рис.1. Элек- тронный пучок формировался в мощной магнетрон- ной пушке коаксиального типа с холодным вторично- эмиссионным катодом, принцип работы которой и подробное описание приведены в [7]. Диаметр като- да 40 мм, внутренний диаметр анода 70 мм, длина катода 70 мм, длина анода 140 мм; материал катода – медь, анода – нержавеющая сталь. В качестве ми- шени использовались материалы, располагаемые в области цилиндра Фарадея. Рис.1. Схема экспериментальной установки: 1– импульсный генератор; 2 – в/в изолятор; 3 – вакуумная камера; 4 – соленоид; 5 – источник питания соленоида; 6 – катод; 7 – анод; 8 – цилиндр Фарадея Для обеспечения работы холодного вторично- эмиссионного катода на последний подавался за- пускающий импульс высокого напряжения специ- альной формы, который формировался импульсным генератором. Амплитуда его регулировалась в пре- делах 60…100 кВ, длительность заднего фронта ∼ 0,3 мкс. Амплитуда плоской части импульса 20…55 кВ, длительность импульса на полувысоте ∼ 8 мкс, частота следования импульсов 2…20 Гц. Рис.2. Импульсы напряжения (2), тока пучка (1) и анодного тока (3). По вертикали: 1 – 0,4 А/дел. 2 – 0,5 кВ/дел. 3 – 0,04 А/дел. Магнетронная пушка размещалась в вакуумной камере с остаточным давлением ∼10-6 Торр. Маг- нитное поле для генерации и транспортировки пуч- ка создавалось соленоидом (состоящим из 4 сек- ций), питание которого осуществлялось от источни- ка постоянного тока. Величина магнитной индукции достигала ~ 0,12 Тл. В такой пушке формировался трубчатый электронный пучок с током до 50 А при амплитуде напряжения на катоде до 50 кВ. Геомет- рические размеры пучка в данном эксперименте составляли: наружный диаметр 40 мм, толщина стенки 2 мм. Импульсная мощность пучка достигала 2,5 МВт. На Рис.2 приведены характерные осцилло- граммы запускающего импульса высокого напряже- ния, тока пучка (1), ускоряющего напряжения (2) и анодного тока (3). В качестве мишени использова- лась гладкая медная пластина. 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА Цель проводимых экспериментов – установить возможность возбуждения оптического излучения при взаимодействии электронного пучка средней энергии с поверхностью металлов. Облучению подвергалась мишень в виде медной гладкой пластины. При этом осуществлялась видео- съёмка в оптическом диапазоне частот участка по- верхности, на который осаждался электронный пу- чок. В режиме съёмки частота импульсов пучка уменьшалась до 2 Гц, что было обусловлено огра- ниченной частотой кадров видеосистемы. Выбор медной мишени обусловлен относительно низкой температурой плавления ~1100 °С, по сравнению, например, с железом или другими тугоплавкими металлами. При указанной температуре плавления меди максимум спектральной плотности энергети- ческой светимости теплового излучения лежит в далёкой инфракрасной области. По этой причине указанный механизм излучения не вносит сущест- венного вклада в исследуемый оптический диапазон частот. Кроме того, участки мишени до облучения и после исследовались при помощи оптического мик- роскопа с коэффициентом увеличения до 1000. Ниже приведены результаты наблюдений, полу- ченные при энергии пучка 30 кэВ и поверхностной плотности энергии в импульсе 10 Дж/см2. Средняя длина свободного пробега электронов в меди при этой энергии составляет величину порядка 20 мкм. В результате взаимодействия электронного пуч- ка с металлической мишенью зарегистрировано из- лучение в оптическом диапазоне частот. Следует отметить, что характер свечения мишени изменялся во времени. На фото Рис.3 представлен кадр видеосъёмки, характерный для взаимодействия пучка с мишенью в течение первых десяти импульсов (режим 1). А на Рис.4 – фото этого же участка, полученного после первых десяти импульсов (режим 2). На этих фотографиях хорошо видна дуга окруж- ности кольцевого пучка диаметром 4 см. В качестве единицы масштаба дуга разделена радиальной мет- кой толщиной 1 мм. Сравнительный анализ резуль- татов, наблюдаемых в режимах 1 и 2, позволяет сде- лать следующие выводы. В режиме 1 в системе за- фиксировано ухудшение вакуума, что обусловлено фактом обезгаживания мишени (десорбцией газа с её поверхности) при взаимодействии с пучком. Све- чение происходит за счёт возбуждения атомов и молекул, поступивших в объём поверхности меди. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 173 Рис.3. Область взаимодействия пучка с мишенью в режиме 1. Разрыв свечения составляет 1 мм Рис.4. Область взаимодействия пучка с мишенью в режиме 2. Разрыв свечения составляет 1 мм Область свечения значительно превосходит апертуру пучка. Вполне очевидно, что наблюдаемое явление обусловлено развитием в газе пучково- плазменного разряда при наличии магнитного поля [8]. В области апертуры пучка, которая просматри- вается достаточно контрастно, свечение практиче- ски однородно. После обезгаживания мишени на фотографии (Рис.4) видны многочисленные точеч- ные источники света различного размера, излучаю- щие свет в широком диапазоне частот. Источники света локализованы только в области апертуры пуч- ка − режим 2. Этот режим стабилен и не меняется в течение длительного времени. Рис.5. Граница раздела необлученной и облученной электронным пучком областей мишени. Справа внизу приведена метка 200 мкм На Рис.5 представлена фотография границы раз- дела необлученной и облученной электронным пуч- ком областей мишени, из которой следует, что вне апертуры пучка поверхность мишени гладкая и од- нородная, а в области осаждения электронов по- верхность становится пористой, неоднородной и шероховатой. Это является причиной оплавления металла. На поверхности имеются каверны и острия различных размеров. На фотографии (Рис.6) приведено изображение облучённой области с большим увеличением. Вид- ны частицы и капли расплавленного металла мик- рометрового размера. Рис.6. Область мишени, облучённая электронным пучком. Справа внизу приведена метка 30 мкм На Рис.7 представлена фотография нескольких каверн со значительно большим увеличением – 1000. Видно, что характерный размер структурных неоднородностей близок к нанодиапазону. Рис.7. Область мишени, облучённая электронным пучком. Справа внизу приведена метка 4 мкм 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ В результате взаимодействия электронного пуч- ка с поверхностью медной мишени зарегистрирова- но её свечение в оптическом диапазоне частот. Вы- делено 2 режима: режим 1 и режим 2. Как было ска- зано в предыдущем разделе, свечение в режиме 1 происходит при обезгаживании поверхности за счёт развития пучково-плазменного разряда в атмосфере адсорбированного газа в магнитном поле. Это излу- чение объёмное (поперечные размеры области све- чения превышают апертуру пучка), и оно прекраща- ется после газовой очистки поверхности. В даль- нейшем этот режим обсуждению не подлежит. В режиме 2 зафиксировано устойчивое свечение локализованных центров, возникших на поверхности металла. Пространственное распределение их дис- кретно, центры свечения имеют разные размеры и излучают свет в различном диапазоне длин волн. Возникновение свечения на поверхности твёрдого тела при облучении его электронным пучком средних энергий, в принципе, может иметь место за счёт раз- вития таких известных явлений как тепловое излуче- ние, пучково-плазменный разряд в плазме свободных носителей, возбуждение эктонов и катодолюминес- ценция. Рассмотрим возможность развития каждого из этих процессов в условиях эксперимента. − Возникновение свечения за счёт теплового из- лучения в данном случае невозможно. Длина волны максимальной спектральной плотности энергетиче- ской светимости для теплового излучения определя- ется известным соотношением: /C Tмахλ = , где C − постоянная Вина, равная 2,9⋅10-3мК; Т – абсолют- ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 174 ная температура. При температуре плавления меди ~1400 К махλ лежит в далёкой инфракрасной об- ласти. − Развитие пучково-плазменного разряда в плаз- ме твёрдого тела в данном случае также невозмож- но. Инкремент развития пучковой неустойчивости γ (например, гидродинамической) определяется из соотношения [9]: 1 3nb penp γ ω ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ , (1) где nb – плотность частиц пучка, np – плотность электронного газа в металле, peω – электронная плазменная частота. В условиях эксперимента nb ~1011см-3 и np ~1022см-3 инкремент, оказывается, достаточно мал. − Возникновение точечных источников света за счёт возбуждения эктонов – лавины электронов из металла, также невозможно. Для формирования не- обходимы сильные электрические поля [10]. В дан- ном случае мишень заземлена и находится под по- тенциалом анода. − Катодолюминесценция в условиях опыта также невозможна. Способность к катодолюминесценции обладают чистые и легированные различными при- месями полупроводники и диэлектрики, стёкла и молярные кристаллы [11]. Наиболее вероятным механизмом наблюдаемого свечения в условиях эксперимента является возбуж- дение локальных плазмонов электронным пучком при взаимодействии его с поверхностью металла. Генерация плазмонов является наиболее сильным каналом неупругих потерь и имеет наибольшее се- чение по сравнению с такими процессами как рас- сеяние электронов, характеристическое и тормозное рентгеновские излучения, генерация медленных, быстрых вторичных и ожэ-электронов [12]. Возбуж- дение плазмонов доминирует в металлах, имеющих большую поверхность Ферми, следовательно, высо- кую плотность свободных электронов. К этим мате- риалам относятся медь, алюминий и т.д. Экспериментальные результаты по генерации плазмонов электронными пучками приведены, на- пример, в работах [13,14]. Электромагнитные от- клики в оптическом диапазоне длин волн в указан- ных работах обнаружены не были. Следует отме- тить, что в указанных выше случаях изучалось воз- буждение плазмонов в макрообъемах твердого тела. Однако ситуация может существенно измениться, если электронный пучок будет взаимодействовать не с макрообъемом, а с металлическими нанокластерами или наночастицами. При этом плазмоны, обладая гигантским дипольным моментом, являются эффек- тивным посредником при взаимодействии этих ма- лых объемов со светом. Т.е. имеет место связь фо- тонных и электронных резонансов [1,2]. Так в [15] приведена информация (D. Hoover and A. Hann) об экспериментах по генерации света электронным пуч- ком при взаимодействии его с тонким слоем метал- ла, инкрустированным селеном, стеклом или пласт- массами. Как указывают авторы, излучение света осуществляется наноантеннами, механизм возбуж- дения которых ими не установлен. В условиях нашего эксперимента возникновение локализованных точечных источников света на по- верхности металла наблюдается в режиме 2. В пре- дыдущем разделе показано, что в этом режиме на поверхности мишени в результате бомбардировки её электронами пучка возникают микронеоднородно- сти – острия, каверны и капли застывшего металла (см. Рис.6,7). Вполне логично заключить, что их размер распространяется в область нанодиапазона. Поэтому есть основания полагать, что локализован- ными точечными источниками света являются на- норазмерные структуры, возникшие на поверхности предварительно гладкой мишени. Инкрустация ди- электрическими материалами в данном случае от- сутствует. Интересно отметить, что характер зареги- стрированного свечения, представленного на Рис.4, аналогичен свечению плазмонных наночастиц, воз- бужденных фотонами в работе [16] (Рис.8). Рис.8. Изображения серебряных наночастиц различной формы и размера, полученные с помощью метода темного поля (McFarland et al., 2003) [16] По утверждению авторов причина свечения – возбуждение локализованных плазмонов и совпаде- ние электронных и фотонных резонансов. Вполне очевидно, что в нашем случае механизм свечения аналогичен, с тем лишь отличием, что возбуждение плазмонов осуществляется электронным пучком в металлических наноструктурах, возникших на по- верхности мишени. ВЫВОДЫ В работе впервые зарегистрирован электромаг- нитный отклик в оптическом диапазоне при взаимо- действии электронного пучка с металлическими наноструктурами. Это открывает возможности соз- дания совершенно новых приборов и реализации новых методов ускорения, в частности: − создание лазера с накачкой электронным пуч- ком аналогично системе SPASER [17], в которой для этой цели используется свет; − создание наноантенн, использование которых в сочетании с нановолноводами позволит реализовать ряд новых методов ускорения заряженных частиц, предложенных в [4-6]; − последующее усиление света и концентрация оптической энергии в малых объемах за счет реали- зации явления каустики, может оказаться весьма эффективным при радиационном ускорении заря- женных частиц [4]. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 175 Дальнейшее развитие исследований в этой облас- ти должно быть направлено на изучение количест- венных зависимостей данного явления и создания адекватной математической модели. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. В.В. Климов. Наноплазмоника //УФН. 2008, №8, с.875-880. 2. С.Г. Тиходеев, Н.А. Гиппиус. Плазмон- поляритонные эффекты в наноструктурирован- ных металл-диэлектрических фотонных кристал- лах и метаматериалах // УФН. 2009, №9, c.1003- 1007. 3. J. Yu, Z. Wang, K.W. Kinzler, B. Vogelstein, L. Zhahg. PUMA mediates the apoptotic response to p53 in colorectal cancer cells // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003, v.100 (4), р.1931-6. 4. Я.Б. Файнберг, В.И. Курилко. К теории метода ускорения с помощью давления света // Теория и расчёт линейных ускорителей. Москва: «Гос- атомиздат». 1962, с. 326-332. 5. P. Chen, R. Noble // Advanced Acceleration Con- cepts / Ed. S. Chattopadhyay, J. McCullough and P. Dahl, AIP Press C398, New York, 1997, p.273. 6. P. Chen, R. Nable // New Modes of Particle Eccel- eration / Ed. Z. Parsa. AIP. 1997, р.95. 7. N.I. Ayzatskiy, A.N. Dovbnya, V.V. Zakutin, N.G. Reshetnyak, V.N. Boriskin, N.A. Dovbnya, V.P. Romas’ko, I.A. Chertishev. Investigation of electron beam characteristics using an accelerator based on magnetron gun with a secondary-emission cathode // Physics of Particles and Nuclei Let- ters (5). 2008, №7, p.86-89. 8. И.Ф. Харченко, Я.Б. Файнберг, Р.М. Николаев, Е.А. Корнилов, Е.И. Луценко, Н.С. Педенко. Взаимодействие пучка электронов с плазмой в магнитном поле // ЖТФ. 1961, т.31, c.761-765. 9. А.И. Ахиезер, Я.Б. Файнберг. О высокочастот- ных колебаниях электронной плазмы // ЖЭТФ (21). 1951, в.11, c.1262-1269. 10. Г.А. Месяц. Эктон-лавина электронов из металла // УФН (165). 1995, №6, c.601-626. 11. А.В. Москвин. Катодолюминесценция. Москва: «ОГИЗ». 1948.-Ч.1, 348 с. 12. Физическая энциклопедия / Гл. ред. А.М. Прохо- ров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Балдин, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. М.: Большая Российская энциклопедия. 1992, т.3, с.672, ил. 13. H. Raether. Excitation of plasmons and interband transition by electrons. Springer – Verlag. 1980, p.192. 14. Е.М. Байтингер, М.М. Бржезинская, Н.А. Векессер, В.В. Шнитов. Об особенностях дисперсии плаз- монов в графите // Известия Челябинского науч- ного центра. Общая и техническая физика (39). 2008, в.1, с.36-39. 15. Advanced Plasmonics, Inc announced its first Plas- mon Enabled Device (PED) capable of generating light using previously unknown principles. http://aplasmonics.com/news/press_05_26_06.php 16. В.В. Климов. Наноплазмоника. Москва: «Физ- матлит». 2009, с.480. 17. D.J. Bergman, M.I. Stockman. Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation: Quantum Generation of Coherent Surface Plasmons in Nanosystems // Phys. Rev. Lett. (90). 2003, №2, 027402:1-4. Статья поступила в редакцию 23.02.2012 г. EXCITATION OF NONCOMMUNICATIVE PLASMON’S AN ELECTRON BEAM A.N. Dovbnya, V.V. Zakutin, N.G. Reshetnyak, Yu.E. Kolyada, V.I. Fedun, V.I. Tyutyunnikov Experimental results are first presented on excitation of noncommunicative plasmons an electronic bunch in me- tallic nanoparticles. An electromagnetic response is incorporated in an optical range. The spectrum of the excited frequencies is determined by the concentration of electronic gas and geometrical sizes of particles. Application of bunches is promoted by efficiency of power exchange with metallic nanostructures. The got results open the pros- pects of further development of works in area of charged particles acceleration by light with the use of nanoresona- tors and nanowaveguide. ЗБУДЖЕННЯ ЛОКАЛІЗОВАНИХ ПЛАЗМОНІВ ЕЛЕКТРОННИМ ПУЧКОМ А.М. Довбня, В.В. Закутін, М.Г. Решетняк, Ю.Є. Коляда, В.І. Федун, В.І. Тютюнніков Вперше представлені експериментальні результати по збудженню локалізованих плазмонів електронним пучком у металевих наночастинках. Електромагнітний відгук зареєстрований в оптичному діапазоні. Спектр збуджених частот визначається концентрацією електронного газу і геометричними розмірами частинок. За- стосування пучків підвищує ефективність енергетичного обміну з металевими наноструктурами. Отримані результати відкривають перспективи подальшого розвитку робіт в області прискорення заряджених части- нок світлом з використанням нанорезонаторів і нанохвилеводів.

Возбуждение локализованных плазмонов электронным пучком

Institution

Similar Items