در نانوذرات فلزی تشدید پلاسمون سطحی مسئول خواص نوری منحصر به فرد آنهاست. پلاسمون سطحی برانگیختگی نوسانات تجمعی بار در فصل مشترک فلز و دیالکتریک است [۲۰].
هنگامی که فرکانس نور فرودی به نانوذرات فلزی، با فرکانس پلاسمون سطحی برابر باشد، تشدید پلاسمون سطحی اتفاق می افتد. فرکانس تشدید پلاسمون سطحی در نانوذرات فلزی به شکل، اندازه و محیطی که نانوذرات در آن قرار دارند بستگی دارد[۲۱]. بررسی دقیق رابطه فرکانس پلاسمون سطحی با اندازه نانوذرات تنها در شکلهای ساده امکان پذیر است. تئوری مای به بررسی برهمکنش نور با نانوذرات کروی شکل فلزی میپردازد و محل تشدید پلاسمون سطحی در طیف نوری نانوذرات کروی شکل فلزی را به خوبی محاسبه میکند[۲].
در فلزات نجیب، زمانى که اندازه ى ذره به چند ده نانو مى‌رسد، یک جذب خیلى قوى مشاهده میشودکه جذب پلاسمون سطحی نامیده میشود، از سال ها پیش مورد استفاده قرار گرفته است.
محلول کلوئیدى از نانوذرات طلا به دلیل جذب پلاسمون سطحى، رنگ قرمز شدیدى را از خود نشان مىدهند.
وجود یک فصل مشترک بین مواد با ثابت دى الکتریک مختلف، ممکن است به فرایندهاى تحریک ویژه ى سطحى منجر شود. فصل مشترک میان ماده اى با ثابت دى الکتریک مثبت و ماده اى با ثابت دى الکتریک منفى مثل فلزات، می‌تواند باعث انتشار امواج الکترومغناطیسى ویژه اى شود که امواج پلاسمون سطحى خوانده مى شود و در محدوده ى نزدیک سطح باقى مى ماند. این تشدید پلاسمون سطحى، به وسیله ى حرکت همدوس الکترونهاى نوار هدایت، که با میدان الکترومغناطیس برهم کنش مىکند، به وجود میآید. فرکانس و پهنای جذب پلاسمون وابسته به شکل و اندازه ى نانوذرات فلزى است، و به همان نسبت به ثابت دى الکتریک محیط و فلز هم وابسته است. فلزات نجیب مثل مس، نقره و طلا داراى یک تشدید پلاسمون مرئى بسیار قوى هستند، این در حالى است که بسیارى از دیگر فلزات واسطه، فقط یک باند جذبى ضعیف و پهن در ناحیهى فرابنفش دارند.
ابتدا مختصری از طرح مورد استفاده را توضیح خواهیم داد و مدل درود[۴۸] را بررسی میکنیم.
۲-۳ ساختار نقطه کوانتومی پلاسمونی
ساختار نقطه کوانتومی پلاسمونی که برای استفاده به عنوان نشر کننده نور با درخشندگی بالا قبلاً توسط ر.ک.جین و همکاران[۴۹] پیشنهاد شده بود [۲۵-۲۲] ، شامل یک نقطه کوانتومی محصور در یک نانو پوسته فلز نجیب مناسب (معمولا طلا یا نقره ) میباشد. ما در این پایان نامه از نانو فلز مس استفاده کرده ایم. همان طور که به صورت طرح وار در شکل۲-۳ نشان داده شده است برای ساختار تک نقطه کوانتومی هم مرکز با یک لایه مناسب عایق دی الکتریک بین نقطه کوانتومی و پوسته فلزی به منظور به حداقل رساندن گذار غیر تابشی[۵۰] و بهینه سازی افزایش تشدید پلاسمونی میباشد. نور را از بیرون به این ساختار که درون آب قرار دارد میتابانیم، سپس میدان الکتریکی را در هر نانوپوسته به دست میآوریم.
شکل۲-۳: طرح واره نقطه کوانتومی پلاسمونی دو پوسته ای با جدا کننده دی الکتریک
در ساختار نقطه کوانتومی پلاسمونی که به صورت مناسب طراحی و بهینه سازی شده است، لایه های پوسته نانویی فلزی و دی الکتریک نه تنها به افزایش میدان الکتریکی در مرکز نانو ساختار در نتیجه افزایش روشنایی نانو ذرات کمک خواهد کرد ،بلکه نقاط کوانتومی از نظر شیمیایی از بافت ایزوله خواهد شد و به طور قابل توجهی سمیت چنین ذرات نانویی را کاهش خواهد داد[۱۲]. نقطه کوانتومی سلنید کادمیوم به دلیل دارا بودن کادمیوم سمی است. و هر چه اندازه این نقطه ها کوچکتر باشد راحت‌تر در بافت بدن نفوذ میکند. حال اگر توسط نانو لایه های دیالکتریک و فلز، نقطه های کوانتومی را روکش کنیم، هم اندازه ساختار بزرگ میشود و هم نقطه کوانتومی سلنید کادمیوم از نظر شیمیایی از بافت جدا میشود.
۲-۴ روش ریاضی استفاده شده برای محاسبه تابع دی الکتریک نانوپوسته
فلزی
در اینجا ابتدا به بررسی تابع دیالکتریک نانو پوسته فلزی میپردازیم. مدل درود عموماً مدل مناسبی برای بررسی رفتار رساناها میباشد.
۲-۵ بررسی مدل درود
پاسخ اپتیکی فلزات توسط تابع دی الکتریک آنها شناخته میشود. آزمایشهای مختلفی برای محاسبه تابع دیالکتریک انجام شده است. مدل درود در مورد فلزات ساده به خوبی با نتایج تجربی همخوانی دارد.
۲-۵-۱ مدل درود در فلزات
در این مدل فرض میکنیم که بارهای الکتریکی تحت تأثیر مستقیم میدان خارجی باشند اما اگر یک نیروی تعدیل کننده به آن ها وارد شود. از نظر مکانیک کلاسیک و با توجه به قانون دوم نیوتن می‌توان این مدل را به صورت زیر بیان کرد[۲۵]:
بررسی تغییرات میدان الکتریکی در ساختار نانونقطه کوانتومی با نانو پوسته فلزی و جدا …
