danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2021-65-5-546-551dan-1003Research ArticleФИЗИКАPHYSICSИспользование наночастиц с высоким показателем преломления для замедления спонтанного испусканияUsing high refractive index nanoparticles to inhibition of spontaneous emissionГузатовД. В.GuzatovD. V.

Гузатов Дмитрий Викторович – д-р физ.-мат. наук, доцент, профессор кафедры

ул. Ожешко, 22, 230023, Гродно

Guzatov Dmitry V. – D. Sc. (Physics and Mathematics),Assistant рrofessor, Professor of the Department

22, Ozheshko Str., 230023, Grodno

 

guzatov@mail.ruГапоненкоС. В.GaponenkoS. V.

Гапоненко Сергей Васильевич – академик, д-р физ.-мат. наук, профессор, гл. науч. сотрудник

пр. Независимости, 68-2, 220072, Минск

Gaponenko Sergey V. – Academician, D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Chief researcher

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

s.gaponenko@ifanbel.basnet.byГродненский государственный университет имени Я. КупалыBelarusИнститут физики имени Б. И. Степанова Национальной академии наук БеларусиBelarus202107112021655546551Copyright © Гузатов Д.В., Гапоненко С.В., 20212021Гузатов Д.В., Гапоненко С.В.Guzatov D.V., Gaponenko S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1003

Обсуждаются вопросы замедления спонтанного испускания молекул с помощью кремниевых сферических наночастиц и димеров из них. Показано, что на различных длинах волн видимого диапазона спектра величина полной скорости спонтанного перехода в молекуле, находящейся на оптимальном расстоянии по отношению к структуре из кремниевых наносфер и при оптимальных размерах структуры, может быть в 5–10 раз меньше по сравнению со скоростью перехода при отсутствии наночастиц.

 The article discusses the issues of inhibition of spontaneous emission of molecules by using silicon spherical nanoparticles and dimers made from them. It is shown that at different wavelengths of the visible spectral range, the value of the total spontaneous transitions rate in a molecule located at an optimal distance with respect to the structure with silicon nanospheres and at an optimal size of the structure can be up to 5–10 times lower than the transition rate in the case when the nanoparticles are absent.

замедление спонтанного испусканиядиэлектриомлениядимер наночастицческая наночастица с большим значением показателя прелфотовольтаикаinhibition of spontaneous emissiondielectric nanoparticle with a high refractive indexdimer of nanoparticlesphotovoltaicsРабота выполнена при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Ф19МС-004).The work was supported by the Be- la rusian Republican Foundation for Fundamental Research (project no. Ф19МС-004).ReferencesPurcell, E. M. Spontaneous emission probabilities at radio frequencies / E. M. Purcell // Phys. Rev. – 1946. – Vol. 69. – P. 681.Purcell E. M. Spontaneous emission probabilities at radio frequencies. Phys. Rev, 1946, vol. 69, pp. 681.Gaponenko, S. V. Applied Nanophotonics / S. V. Gaponenko, H. V. Demir. – Cambridge, 2018. – 434 p. https://doi.org/10.1017/9781316535868Gaponenko S. V., Demir H. V. Applied Nanophotonics. Cambridge, 2018. 434 p. https://doi.org/10.1017/9781316535868Быков, В. П. Спонтанное излучение в среде с полосным спектром / В. П. Быков // Квант. электрон. – 1974. – Т. 1, № 7. – С. 1557–1577.Bykov V. P. Spontaneous emission from a medium with a band spectrum. Soviet Journal of Quantum Electronics, 1975, vol. 4, no. 7, pp. 861–871. https://doi.org/10.1070/qe1975v004n07abeh009654Yablonovitch, E. Photonic band-gap structures / E. Yablonovitch // J. Opt. Soc. Am. B. – 1993. – Vol. 10, N 2. – P. 283–295. https://doi.org/10.1364/JOSAB.10.000283Yablonovitch E. Photonic band-gap structures. Journal of the Optical Society of America B, 1993, vol. 10, no. 2, pp. 283–295. https://doi.org/10.1364/JOSAB.10.000283Hadad, Y. Possibility for inhibited spontaneous emission in electromagnetically open parity-time-symmetric guiding structures / Y. Hadad, N. Engheta // Proc. Nat. Acad. Sci. – 2020. – Vol. 117, N 11. – P. 5576–5581. https://doi.org/10.1073/pnas.1914279117Hadad Y., Engheta N. Possibility for inhibited spontaneous emission in electromagnetically open parity-timesymmetric guiding structures. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020, vol. 117, no. 11, pp. 5576–5581. https://doi.org/10.1073/pnas.1914279117Fluorescence quenching of dye molecules near gold nanoparticles: radiative and nonradiative effects / E. Dulkeith [et al.] // Phys. Rev. Lett. – 2002. – Vol. 89, N 20. – P. 203002-1–203002-4. https://doi.org/10.1103/physrevlett.89.203002Dulkeith E., Morteani A. C., Niedereichholz T., Klar T. A., Feldmann J., Levi S. A., van Veggel F. C. J. M., Reinhoudt D. N., Möller M., Gittins D. I. Fluorescence quenching of dye molecules near gold nanoparticles: radiative and nonradiative effects. Physical Review Letters, 2002, vol. 89, no. 20, pp. 203002-1–203002-4. https://doi.org/10.1103/physrevlett.89.203002Possible nanoantenna control of chlorophyll dynamics for bioinspired photovoltaics / S. V. Gaponenko [et al.] // Sci. Reports. – 2019. – Vol. 9. – P. 7138-1–7138-14. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43545-4Gaponenko S. V., Adam P.-M., Guzatov D. V., Muravitskaya A. O. Possible nanoantenna control of chlorophyll dynamics for bioinspired photovoltaics. Scientific Reports, 2019, vol. 9, pp. 7138-1–7138-14. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43545-4Оптические наноантенны / А. Е. Краснок [и др.] // Успехи физ. наук. – 2013. – Т. 183, вып. 6. – С. 561–589. https://doi.org/10.3367/ufnr.0183.201306a.0561Krasnok A. E., Denisyuk A. I., Belov P. A., Simovski C. R., Kivshar Yu. S., Maksymov I. S., Miroshnichenko A. E. Optical nanoantennas. Physics-Uspekhi, 2013, vol. 56, no. 6, pp. 539–564. https://doi.org/10.3367/ufne.0183.201306a.0561Handbook of Optical Constants of Solids I / ed. E. D. Palik. – New York, 1985. – 805 p.Palik E. D., ed. Handbook of Optical Constants of Solids I. New York, 1985. 805 p.Bidault, S. Dielectric nanoantennas to manipulate solid state light emission / S. Bidault, M. Mivelle, N. Bonod // J. Appl. Phys. – 2019. – Vol. 126, N 9. – P. 094104-1–094104-16. https://doi.org/10.1063/1.5108641Bidault S., Mivelle M., Bonod N. Dielectric nanoantennas to manipulate solid state light emission. Journal of Applied Physics, 2019, vol. 126, no. 9, pp. 094104-1–094104-16. https://doi.org/10.1063/1.5108641Novotny, L. Principles of Nano-Optics / L. Novotny, B. Hecht. – Cambridge, 2012. – 565 p. https://doi.org/10.1017/cbo9780511794193Novotny L., Hecht B. Principles of Nano-Optics. Cambridge, 2012. 565 p. https://doi.org/10.1017/cbo9780511794193Klimov, V. V. Electric and magnetic dipole transitions of an atom in the presence of spherical dielectric interface / V. V. Klimov, V. S. Letokhov // Laser Phys. –2005. – Vol. 15, N 1.– P. 61–73.Klimov V. V., Letokhov V. S. Electric and magnetic dipole transitions of an atom in the presence of spherical dielectric interface. Laser Physics, 2005, vol. 15, no. 1, pp. 61–73.Гузатов, Д. В. Спонтанное излучение киральной молекулы вблизи кластера из двух киральных сферических частиц / Д. В. Гузатов, В. В. Климов // Квант. электрон. – 2015. – Т. 45, № 3. – С. 250–257.Guzatov D. V., Klimov V. V. Spontaneous emission of a chiral molecule near a cluster of two chiral spherical particles. Quantum Electronics, 2015, vol. 45, no. 3, pp. 250–257. https://doi.org/10.1070/qe2015v045n03abeh015386Spectroscopy and biosensing with optically resonant dielectric nanostructures / A. Krasnok [et al.] // Adv. Optical Mater. – 2018. – Vol. 6, N 5. – P. 1701094-1–1701094-22. https://doi.org/10.1002/adom.201701094Krasnok A., Caldarola M., Bonod N., Alu A. Spectroscopy and biosensing with optically resonant dielectric nanostructures. Advanced Optical Materials, 2018, vol. 6, no. 5, pp. 1701094-1–1701094-22. https://doi.org/10.1002/adom.201701094Gaponenko, S. V. Introduction to Nanophotonics / S. V. Gaponenko. – Cambridge, 2010. – 465 p. https://doi.org/10.1017/cbo9780511750502Gaponenko S. V. Introduction to Nanophotonics. Cambridge, 2010. 465 p. https://doi.org/10.1017/cbo9780511750502

The authors declare that there are no conflicts of interest present.