Optical properties of nickel nanoparticles in systems with a statistically inhomogeneous structure

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorMachulianskyi, O. V.
dc.date.accessioned2020-04-28T13:38:24Z
dc.date.available2020-04-28T13:38:24Z
dc.date.issued2018
dc.description.abstractenThe analysis and further development of the experimental-analytical approach for determining the values of the optical parameters of nanosized particles for a system with a statistically inhomogeneous structure is presented. An improved experimental-analytical method for determining the complex specific electric polarizability of nanosized particles in systems with a statistically inhomogeneous structure is based on spectrophotometric and electron-microscopic measurements on two-dimensional structures and application of analytical solution of Rosenberg’s spectrophotometric equations with the consideration of analysis of particle size distribution. Experimental spectrophotometric and electron-microscopic studies of nickel islet films with weight thickness from 0.3 nm to 2.0 nm deposited by high-vacuum sputtering on quartz substrates in the range of the spectrum 0.2 ÷ 1, 1 μm are performed. Islands nickel film presented morphological microstructure in the form of monolayers isolated from each other nanoislands spherical surface nickel concentration (0.8 ÷ 2.0) • 10^12 cm^-2 and an average particle diameter 2.5 ÷ 7 nm. The optical characteristics, namely, the complex specific electric polarizability, optical electric conductivity of nanosized nickel particles are determined in the spectral range 0.2 ÷ 1.1 μm with the help of the improved experimental-analytical method. A significant increase to one order of magnitude of the absolute values of complex specific electric polarizability of nickel particles with a decrease in their size and in comparison with absolute values of complex specific electric polarizability of model spheres with refractive index and absorption index of nickel in macroscopic volumes was revealed. It is established that in the spectral dependences of optical electric conductivity of nickel nanoparticles in the range 0.2 ÷ 1.1 μm there is a band that diminishing size is shifted to a high-frequency region. In this case, the value of optical electric conductivity of nickel nanoparticles monotonically decreases with a decrease in the size by 1-2 orders of magnitude. Comparison of the obtained values of optical electric conductivity of particles in the range of the considered interval with the values of optical electric conductivity of macroscopic samples of nickel in the studied range of the spectrum shows that in particles the value of optical electric conductivity is 2-3 orders of magnitude smaller than that of bulk metals. It is shown that in the nanoparticles of nickel absorption of “Drude” type in the near infrared region the spectrum is suppressed. The reason for this phenomenon may be the change of the mechanism of low-frequency electromagnetic response in nanosized metal particles in comparison with macroscopic metals. The research results are of interest for the development and optimization of nanostructured systems with the inclusion of nanosized nickel particles and functional devices based on them with given electromagnetic characteristics.uk
dc.description.abstractruПредставлен анализ и дальнейшее развитие экспериментально-аналитического подхода для определения значений оптических параметров наноразмерных частиц в системе со статистически неоднородной структурой. Усовершенствованный экспериментально-аналитический метод определения комплексной удельной электрической поляризуемости наноразмерных частиц в системах со статистически неоднородной структурой основан на спектрофотометрических и электронно-микроскопических измерениях на двумерных структурах и применении аналитического решения спектрофотометрических уравнений Розенберга с учетом анализа распределения частиц по размерам. Проведены экспериментальные спектрофотометрические и электронно-микроскопические исследования островковых пленок никеля с весовой толщиной от 0,3 до 2,0 нм, нанесенных методом вакуумного распыления на кварцевые подложки в диапазоне спектра 0,2 ÷ 1,1 мкм. Островковые пленки никеля представляли морфологическую микроструктуру в виде монослоев изолированных друг от друга сферических наноостровков никеля с поверхностной концентрацией (0,8 ÷ 2,0) • 10^12 см^-2 и средним диаметром частиц 2,5 ÷ 7 нм. В спектральном интервале длин волн 0,2 ÷ 1,1 мкм получены экспериментальные спектральные и размерные зависимости электромагнитных параметров, а именно: комплексной удельной электрической поляризуемости и оптической проводимости. Обнаружен значительный рост до одного порядка величины абсолютных значений действительной и мнимой частей комплексной удельной электрической поляризуемости частиц никеля и при уменьшении их размера и по сравнению с абсолютными значениями действительной и мнимой частей комплексной удельной электрической поляризуемости модельных сфер с оптическими параметрами для макроскопических объемов никеля. Установлено, что в спектральных зависимостях оптической проводимости наночастиц никеля в диапазоне длин волн 0,2 ÷ 1,1 мкм наблюдается полоса, которая с уменьшением размера смещается в высокочастотную область. При этом значения оптической проводимости наночастицы никеля монотонно падают с уменьшением раз-мера на 1-2 порядка величины. Сравнение полученных значений оптической электронной проводимости частиц в пределах рассмотренного интервала со значениями оптической электронной проводимости макроскопических объемов никеля в исследуемом диапазоне спектра показывает, что в частицах значения оптической электронной проводимости на 2-3 порядка величины меньше, чем в массивных металлах. Показано, что в наночастицах никеля поглощение “друдевского” типа в ближней инфракрасной области спектра подавлено. Причиной этого может быть изменение механизма низкочастотного электромагнитного отклика в наноразмерных металлических частицах по сравнению с макроскопическими металлами. Результаты исследований представляют интерес для разработки и оптимизации наноструктурных систем и функциональных устройств на их основе с заданными электромагнитными характеристиками.uk
dc.description.abstractukПредставлений аналіз та подальший розвиток експериментально-аналітичного підходу для визначення значень оптичних параметрів нанорозмірних частинок в системі зі статистично неоднорідною структурою. Вдосконалений експериментально-аналітичний метод визначення комплексної питомої електричної поляризованості нанорозмірних частинок в системах зі статистично неоднорідною структурою засновано на спектрофотометричних і електронно-мікроскопічних вимірах на двовимірних структурах і застосуванні аналітичного рішення спектрофотометричних рівнянь Розенберга з урахуванням аналізу розподілу часток за розмірами. Проведено експериментальні спектрофотометричні та електронно-мікроскопічні дослідження острівкових плівок нікелю з ваговою товщиною від 0,3 до 2,0 нм, нанесених методом вакуумного розпилення на кварцові підкладки в діапазоні спектра 0,2 ÷ 1,1 мкм. Острівкові плівки нікелю представляли морфологічну мікроструктуру у вигляді моношарів ізольованих один від одного сферичних наноострівків нікелю з поверхневою концентрацією (0,8 ÷ 2,0) • 10^12 см^-2 і середнім діаметром частинок 2,5 ÷ 7 нм. В спектральному інтервалі довжин хвиль 0,2 ÷ 1,1 мкм отримані експериментальні спектральні та розмірні залежності електромагнітних параметрів, а саме: комплексної питомої електричної поляризованості і оптичної провідності. Виявлено значне зростання до одного порядку величини абсолютних значень дійсної і уявної частин комплексної питомої електричної поляризованості частинок нікелю і при зменшенні їх розміру та в порівнянні з абсолютними значеннями дійсної і уявної частин комплексної питомої електричної поляризованості модельних сфер з оптичними параметрами для макроскопічних об’ємів нікелю. Встановлено, що в спектральних залежностях оптичної провідності наночастинок нікелю в діапазоні довжин хвиль 0,2 ÷ 1,1 мкм спостерігається смуга, яка зі зменшенням розміру зміщується в високочастотну область. При цьому значення оптичної провідності наночастинки нікелю монотонно падають зі зменшенням розміру на 1-2 порядки величини. Порівняння отриманих значень оптичної електронної провідності частинок в межах розглянутого інтервалу зі значеннями оптичної електронної провідності макроскопічних об’ємів нікелю в досліджуваному діапазоні спектра показує, що в частинках значення оптичної електронної провідності на 2-3 порядки величини менше, ніж в масивних металах. Показано, що в наночастицах нікелю поглинання "друдівського" типу в ближній інфрачервоній області спектра придушене. Причиною цього може бути зміна механізму низькочастотного електромагнітного відгуку в нанорозмірних металевих частинках у порівнянні з макроскопічними металами. Результати досліджень представляють інтерес для розробки та оптимізації наноструктурних систем і функціональних пристроїв на їх основі із заданими електромагнітними характеристиками.uk
dc.format.pagerangeС. 6-15uk
dc.identifier.citationMachulianskyi, O. V. Optical properties of nickel nanoparticles in systems with a statistically inhomogeneous structure / O. V. Machulianskyi // Мікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал. – 2018. – Т. 23, № 1(102). – С. 6–15. – Бібліогр.: 22 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2523-4455.2018.23.1.126231
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/33096
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/uk
dc.sourceМікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал, 2018, Т. 23, № 1(102)uk
dc.subjectelectric polarizabilityuk
dc.subjectnanosized particlesuk
dc.subjectexperimental-analytical methoduk
dc.subjectелектрична поляризованістьuk
dc.subjectнанорозмірні частинкиuk
dc.subjectекспериментально-аналітичний методuk
dc.subjectэлектрическая поляризуемостьuk
dc.subjectнаноразмерные частицыuk
dc.subjectэкспериментально-аналитический методuk
dc.subject.udc535.34uk
dc.titleOptical properties of nickel nanoparticles in systems with a statistically inhomogeneous structureuk
dc.title.alternativeОптичні властивості наночастинок нікелю в системах зі статистично неоднорідною структуроюuk
dc.title.alternativeОптические свойства наночастиц никеля в системах со статистически неоднородной структуройuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
MEA2018_23-1_p6-15.pdf
Розмір:
758.81 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.06 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Мікросистеми, Електроніка та Акустика: науково-технічний журнал, Т. 23, № 1(102)