Генерація звуку металевими нанокластерами в діелектричній матриці

Abstract

Побудовано теорiю фотоакустичного ефекту, зумовленого дiєю лазерного опромiнення на металевi нанокластери, iнкорпорованi в дiелектричну матрицю. Поглинута кластерами енергiя поширюється у виглядi тепла в дiелектричнiй матрицi i генерує в нiй згiдно з термодеформацiйним механiзмом звуковi хвилi. У роботi отримано формули для акустичного сигналу i виявлено високу чутливiсть амплiтуди звукової хвилi до форми металевих кластерiв, а також таких параметрiв лазерного випромiнювання, як частота, поляризацiя, iнтенсивнiсть. Детально дослiджено поведiнку амплiтуди звукових коливань в областi збудження поверхневих плазмонiв. Знайдено, що ця амплiтуда при поглинаннi свiтла дискретною металевою плiвкою (системою кластерiв у матрицi) в областi плазмонних резонансiв може на кiлька порядкiв перевищувати вiдповiдну амплiтуду при поглинаннi суцiльною металевою плiвкою.

Построена теория фотоакустического эффекта, обусловленного действием лазерного излучения на металлические нанокластеры, инкорпорированные в диэлектрическую матрицу. Поглощенная кластерами энергия распространяется в виде тепла в диэлектрической матрице и генерирует в ней в соответствии с термодеформационным механизмом звуковые волны. В работе получены формулы для акустического сигнала и обнаружено высокую чувствительность амплитуды звуковой волны к форме металлических кластеров, а также таким параметрам лазерного излучения, как частота, поляризация, интенсивность. Детально исследовано поведение амплитуды звуковых колебаний в области возбуждения поверхностных плазмонов. Найдено, что эта амплитуда при поглощении света дискретной металлической пленкой (системой кластеров в матрице) в области плазмонных резонансов может на несколько порядков превышать соответствующую амплитуду при поглощении сплошной металлической пленкой.

We develop the theory of the photo-acoustical effect caused by a laser action on metal nanoclusters embedded in a dielectric matrix. The energy absorbed by clusters propagates through the dielectric matrix and generates sound waves in it by the thermodeformation mechanism. The formulas for an acoustical signal are derived, and the high sensitivity of the sound wave amplitude to the shape of metal clusters, as well to such parameters of a laser irradiation as the frequency, polarization, and intensity, is revealed. The behavior of the amplitude of sound vibrations in a region of the absorption of surface plasmons is studied in detail. It is found that this amplitude at the light absorption by a discrete metal film (a system of clusters in the matrix) can exceed the corresponding amplitude for the absorption by a continuous metal film in the region of plasmon resonances by several orders of magnitude.