"New method to evaluate optical properties of core-shell nanostructures". V. Rentería-Tapia, A. Franco, J. García-Macedo. JOURNAL OF NANOPARTICLE RESEARCH 14, 915 (2012).
DOI: 10.1007/s11051-012-0915-4
A new method is presented to calculate, for metallic core–dielectric shell nanostructures, the local refractive index, resonance condition, maximum spectral shift, plasma wavelength, and the sensitivity of the wavelength maximum to variations in the refractive index of the environment. The equations that describe these properties are directly related to the surface plasmon peak position, refractive index of the shell, and to the surrounding medium. The method is based on the approach that a layered core dispersed in a dielectric environment (core–shell model) can be figured out as an uncoated sphere dispersed in a medium with a local refractive index (local refractive index model). Thus, in the Mie theory, the same spectral position of the surface plasmon resonance peak can be obtained by varying the volume fraction of the shell or by varying the local refractive index. The assumed equivalence between plasmon resonance wavelengths enable us to show that the local refractive index depends geometrically on the shell volume fraction. Hence, simple relationships between optical and geometrical properties of these core–shell nanostructures are obtained. Furthermore, good agreement is observed between the new relationships and experimental data corresponding to gold nanoparticles (radius = 7.5 nm) covered with silica shells (with thicknesses up to 29.19 nm), which insured that the equivalence hypothesis is correct.
Se presenta un método nuevo para calcular, en nanoestructuras tipo núcleo metálico - cáscara dieléctrica, el índice de refracción local, la condición de resonancia, el máximo desplazamiento espectral, la longitud de onda del plasma, y la sensibilidad de la longitud de onda a la que se encuentra el máximo ante variaciones en el índice de refracción del ambiente. Las ecuaciones que describen estas propiedades están directamente relacionadas a la posición del pico del plasmón de superficie, al índice de refracción de la cáscara, y al medio circundante. El método se basa en considerar a un núcleo recubierto que está disperso en un medio dieléctrico (modelo núcleo-cáscara) como si se tratara de una esfera sin recubrir que está dispersa en un medio con un índice de refracción local (modelo de índice de refracción local). Así, en la teoría de Mie, la misma posición espectral del pico de resonancia del plasmón de superficie puede obtenerse tras modificar la fracción de llenado de la cáscara o tras modificar el índice de refracción local. Esta hipótesis de equivalencia entre las longitudes de onda del plasmón de resonancia permite mostrar que el índice de refracción local depende geométricamente de la fracción de llenado de la cáscara. De este modo, se obtienen unas sencillas relaciones entre las propiedades ópticas y las propiedades geométricas de la nanoestructuras núcleo-cáscara. Además, se observa una correspondencia adecuada entre las nuevas relaciones y datos experimentales que corresponden a nanopartículas de oro (radio = 7.5 nm) cubiertas con cáscaras de dióxido de silicio (con espesores de hasta 29.19 nm), lo cual asegura que la hipótesis de equivalencia es correcta.
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