Вплив геометрії на термоплазмонні явища у металевих наночастинках

У роботі досліджуються термоплазмонні явища у металевих наночастинках різної геометрії. Отримано співвідношення для частотних залежностей перегріву наночастинок та радіаційної ефективності, а також розмірної залежності числа Джоуля, що характеризує здатність наночастинок генерувати тепло. При цьому розмірні залежності ефективної швидкості релаксації електронів для циліндричних та дискових частинок визначені в рамках підходу еквівалентного сфероїду. Частотні залежності поляризовності, перерізів поглинання та розсіювання, перегріву, радіаційної ефективності та розмірні залежності числа Джоуля розраховувалися для сферичних, циліндричних і дискових наночастинок різних розмірів та різних металів. Показано, що кількість та положення максимумів перерізів поглинання та розсіювання та перегріву металевих наночастинок залежить від їхньої геометрії, а у випадку 1D-частинок і від їх розмірів (аспектного відношення). При цьому розщеплення цих максимумів для циліндричних частинок значно більше, ніж для дискових. Розрахунки демонструють, що перегрів наночастинок у біологічних вікнах прозорості складає від часток до декількох градусів, крім випадку наноциліндрів із малим аспектним відношенням, коли максимуми перегріву срібних наночастинок потрапляють у перше біологічне вікно прозорості. Встановлено, що матеріал наночастинок також суттєво впливає на положення максимуму їхнього перегріву та визначається величиною плазмової частоти. Продемонстровано доцільність застосування сферичних, дискових і коротких циліндричних наночастинок у застосуваннях, де необхідний незначний перегрів у біологічних вікнах прозорості. У випадку ж, коли необхідний значний перегрів доцільним є використання довгих наноциліндрів. Виявлено принципові відмінності в поведінці числа Джоуля (здатності генерувати тепло) для частинок різної геометрії при зміні їхнього радіусу / аспектного відношення.