Оптика плазмон-экситонных наноструктур: теоретические модели и физические явления в системах металл/J-агрегат

Обзор посвящён исследованию широкого круга оптических явлений, возникающих в результате ближнепольной связи экситонов с локализованными поверхностными плазмон-поляритонами в гибридных наноструктурах. Изложены современные физические подходы и теоретические модели описания спектров поглощения, рассеяния и экстинкции света, которые применимы для интерпретации физических эффектов в наносистемах, построенных на основе металлов и различных экситонных материалов, таких как молекулярные агрегаты органических красителей или неорганические квантоворазмерные полупроводниковые структуры. На примере гибридных наносистем, содержащих металлическое ядро и внешнюю J-агрегатную оболочку красителя, проведён теоретический анализ поведения оптических спектров в режимах слабой, сильной и ультрасильной плазмон-экситонной связи. Рассмотрены явления резонансов и антирезонансов при взаимодействии экситона с дипольными и мультипольными плазмонами, включая эффект глубокого провала в спектрах поглощения, а также эффект репликации спектральных полос плекситонных наночастиц и их димеров. Для двухслойных, трёхслойных и многослойных наночастиц обсуждается существенная роль размерно-зависимой диэлектрической проницаемости металлического ядра, анизотропии и хиральности экситонной J-агрегатной оболочки, а также промежуточного пассивного слоя в формировании оптических спектров гибридных наночастиц. Представленные экспериментальные и теоретические результаты для гибридных наносистем различной геометрической формы, размеров и состава расширяют существующие представления о физических явлениях, обусловленных плазмон-экситонной связью, и отражают современный статус исследований в оптике металлоорганических наноструктур.