Кінетична теорія магнітного поглинання лазерного опромінювання металевими наночастинками
When metal nanoparticles (MNPs) are illuminated with a monochromatic laser wave, the frequency of which is far from the plasmon frequency (the frequency of plasmon resonances), under certain conditions (depending on the frequency of the wave, its polarization, the size and shape of the MNPs), absorp...
Gespeichert in:
| Datum: | 2023 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/698 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543951840870400 |
|---|---|
| author | Semchuk, O. Yu. Havryliuk, O. O. Biliuk, A. A. |
| author_facet | Semchuk, O. Yu. Havryliuk, O. O. Biliuk, A. A. |
| author_sort | Semchuk, O. Yu. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-12-03T12:04:57Z |
| description | When metal nanoparticles (MNPs) are illuminated with a monochromatic laser wave, the frequency of which is far from the plasmon frequency (the frequency of plasmon resonances), under certain conditions (depending on the frequency of the wave, its polarization, the size and shape of the MNPs), absorption of light by MNPs can be dominated by magnetic absorption (absorption caused by the magnetic component of the electromagnetic field of the light (laser) wave). This work is focused on studying the features of absorption caused by the influence of the magnetic component of laser radiation. This issue is rather poorly studied for MNPs of non-spherical shape. Therefore, how the shape of the particle manifests itself in its absorption of laser radiation (laser pulses) is one of the goals of our research. In this work, we will study the features of magnetic absorption of light (laser radiation) depending on the shape of the particles. In this paper, we will investigate the influence of spheroidal MNPs on this process. Calculations will be carried out using the kinetic equation method, because we will consider the case when the size of the MNP is smaller than the length of free path of the electron in the MNP. Note that the kinetic approach makes it possible to obtain correct results for the case when the size of the particle is greater than the length of the free path. For non-spherical MNPs, we have developed a theory that makes it possible to calculate the energy of magnetic absorption by a particle when it is irradiated with laser pulses. The dependence of magnetic absorption on the ratio of the radii of curvature of spheroidal MNPs and the vector of the magnetic field of an electromagnetic (laser) wave was constructed and theoretically investigated. An interesting result is the absorption of energy by a spheroidal MNP as its disco similarity increases. We now use to estimate the relative contributions of electric We and magnetic Wm absorption to the total absorption. For example, let us take a gold MNP’s, then ?p ? 5·1015 s–1, ? ? 1013 s–1, R = 3·10–6 sm, ? ? 2·1014 s–1 (carbon dioxide laser), ?' ? –600, ?'' ? 30 we received the next ratio We/Wm ? 2. We can see that for the given set of parameters magnetic absorption is twice as large as electric. Obviously, for different parameters of the particle and a different frequency range electric absorption can be either larger or smaller than magnetic absorption. Hence, when studying the dependence of optical absorption by MNP’s on particle form, we must allow for both electric and magnetic absorption. For an asymmetric MNP’s (for example ellipsoidal particles), apart from everything else, the ratio of the electric and magnetic contributions to absorption (as fixed frequency) is strongly dependent on the degree of particle asymmetric and wave polarization. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:07Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-698 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:37Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6982023-12-03T12:04:57Z Kinetic theory of magnetic absorption of laser irradiation by nanoparticles Кінетична теорія магнітного поглинання лазерного опромінювання металевими наночастинками Semchuk, O. Yu. Havryliuk, O. O. Biliuk, A. A. electromagnetic wave kinetic theory magnetic absorption metallic nanoparticles electron plasmon frequency магнітне поглинання металеві наночастинки електрон плазмон частота енергія поглинання When metal nanoparticles (MNPs) are illuminated with a monochromatic laser wave, the frequency of which is far from the plasmon frequency (the frequency of plasmon resonances), under certain conditions (depending on the frequency of the wave, its polarization, the size and shape of the MNPs), absorption of light by MNPs can be dominated by magnetic absorption (absorption caused by the magnetic component of the electromagnetic field of the light (laser) wave). This work is focused on studying the features of absorption caused by the influence of the magnetic component of laser radiation. This issue is rather poorly studied for MNPs of non-spherical shape. Therefore, how the shape of the particle manifests itself in its absorption of laser radiation (laser pulses) is one of the goals of our research. In this work, we will study the features of magnetic absorption of light (laser radiation) depending on the shape of the particles. In this paper, we will investigate the influence of spheroidal MNPs on this process. Calculations will be carried out using the kinetic equation method, because we will consider the case when the size of the MNP is smaller than the length of free path of the electron in the MNP. Note that the kinetic approach makes it possible to obtain correct results for the case when the size of the particle is greater than the length of the free path. For non-spherical MNPs, we have developed a theory that makes it possible to calculate the energy of magnetic absorption by a particle when it is irradiated with laser pulses. The dependence of magnetic absorption on the ratio of the radii of curvature of spheroidal MNPs and the vector of the magnetic field of an electromagnetic (laser) wave was constructed and theoretically investigated. An interesting result is the absorption of energy by a spheroidal MNP as its disco similarity increases. We now use to estimate the relative contributions of electric We and magnetic Wm absorption to the total absorption. For example, let us take a gold MNP’s, then ?p ? 5·1015 s–1, ? ? 1013 s–1, R = 3·10–6 sm, ? ? 2·1014 s–1 (carbon dioxide laser), ?' ? –600, ?'' ? 30 we received the next ratio We/Wm ? 2. We can see that for the given set of parameters magnetic absorption is twice as large as electric. Obviously, for different parameters of the particle and a different frequency range electric absorption can be either larger or smaller than magnetic absorption. Hence, when studying the dependence of optical absorption by MNP’s on particle form, we must allow for both electric and magnetic absorption. For an asymmetric MNP’s (for example ellipsoidal particles), apart from everything else, the ratio of the electric and magnetic contributions to absorption (as fixed frequency) is strongly dependent on the degree of particle asymmetric and wave polarization. При освітленні металевих наночастинок (МНЧ) монохроматичною лазерної хвилею, частота якої далека від плазмонної частоти (частоти плазмонних резонансів), при певних умовах (залежно від частоти хвилі, її поляризації, розміру та форми МНЧ), поглинанні світла МНЧ може домінувати магнітне поглинання (поглинання, спричинене магнітною складовою електромагнітного поля світлової (лазерної) хвилі). Ця робота сконцентрована на вивченні особливостей поглинання, зумовленого впливом магнітної компоненти лазерного випромінювання. Це питання досить маловивчене для МНЧ несферичної форми. Тому те, як проявляється форма частинки в поглинанні нею лазерного випромінювання (лазерних імпульсів) є однією з цілей нашого дослідження. У цій роботі вивчатимемо особливості магнітного поглинання світла (лазерного випромінювання) в залежності від форми частинок. В роботі ми досліджуватимемо вплив на цей процес МНЧ сфероїдальної форми. Розрахунки проводитимемо методом кінетичного рівняння, тому що розглядатимемо випадок, коли розмір МНЧ менший від довжини вільного пробігу електрона в МНЧ. Зауважимо, що кінетичний підхід дає змогу отримати правильні результати для випадку, коли розмір частинки більший за довжину вільного пробігу. Для МНЧ несферичної форми нами розроблено теорію, яка має змогу обчислити енергію магнітного поглинання частинками при її опроміненні лазерними імпульсами. Побудовано і теоретично досліджено залежність магнітного поглинання від відношення радіусів кривизни сфероїдальних МНЧ і вектором магнітного поля електромагнітної (лазерної) хвилі. Цікавим результатом є поглинання енергії сфероїдальною МНЧ у міру зростання її дископодібності. Тепер ми використовуємо для оцінки відносного внеску електричного та магнітного поглинання в загальне поглинання. Наприклад, візьмемо золоті МНЧ ?p ? 5·1015 s–1, ? ? 1013 s–1, R = 3·10–6 sm, ? ? 2·1014 s–1 (вуглекислотний лазер), ?' ? –600, ?'' ?. Ми отримали наступне співвідношення We/Wm ? 2. Ми бачимо, що для даного набору параметрів магнітне поглинання вдвічі більше, ніж електричне. Очевидно, що для різних параметрів частинки і різного діапазону частот електричне поглинання може бути як більшим, так і меншим, ніж магнітне. Отже, вивчаючи залежність оптичного поглинання МНЧ від форми частинок, ми повинні враховувати як електричне, так і магнітне поглинання. Для асиметричних МНЧ (наприклад, еліпсоїдальних частинок), окрім усього іншого, співвідношення електричних і магнітних внесків у поглинання (як фіксована частота) сильно залежить від ступеня асиметричності частинок і хвильової поляризації. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2023-11-22 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/698 10.15407/hftp14.04.504 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 14 No. 4 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 504-511 Химия, физика и технология поверхности; Том 14 № 4 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 504-511 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 14 № 4 (2023): Хімія, фізика та технологія поверхні; 504-511 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp14.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/698/713 Copyright (c) 2023 O. Yu. Semchuk, O. O. Havryliuk, A. A. Biliuk |
| spellingShingle | магнітне поглинання металеві наночастинки електрон плазмон частота енергія поглинання Semchuk, O. Yu. Havryliuk, O. O. Biliuk, A. A. Кінетична теорія магнітного поглинання лазерного опромінювання металевими наночастинками |
| title | Кінетична теорія магнітного поглинання лазерного опромінювання металевими наночастинками |
| title_alt | Kinetic theory of magnetic absorption of laser irradiation by nanoparticles |
| title_full | Кінетична теорія магнітного поглинання лазерного опромінювання металевими наночастинками |
| title_fullStr | Кінетична теорія магнітного поглинання лазерного опромінювання металевими наночастинками |
| title_full_unstemmed | Кінетична теорія магнітного поглинання лазерного опромінювання металевими наночастинками |
| title_short | Кінетична теорія магнітного поглинання лазерного опромінювання металевими наночастинками |
| title_sort | кінетична теорія магнітного поглинання лазерного опромінювання металевими наночастинками |
| topic | магнітне поглинання металеві наночастинки електрон плазмон частота енергія поглинання |
| topic_facet | electromagnetic wave kinetic theory magnetic absorption metallic nanoparticles electron plasmon frequency магнітне поглинання металеві наночастинки електрон плазмон частота енергія поглинання |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/698 |
| work_keys_str_mv | AT semchukoyu kinetictheoryofmagneticabsorptionoflaserirradiationbynanoparticles AT havryliukoo kinetictheoryofmagneticabsorptionoflaserirradiationbynanoparticles AT biliukaa kinetictheoryofmagneticabsorptionoflaserirradiationbynanoparticles AT semchukoyu kínetičnateoríâmagnítnogopoglinannâlazernogoopromínûvannâmetaleviminanočastinkami AT havryliukoo kínetičnateoríâmagnítnogopoglinannâlazernogoopromínûvannâmetaleviminanočastinkami AT biliukaa kínetičnateoríâmagnítnogopoglinannâlazernogoopromínûvannâmetaleviminanočastinkami |