Negative-epsilon conditions in the dispersive LiNbO3-Ag nanoparticles composites
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2017-02
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Resumen
The silver (Ag)-embedded lithium niobate (LiNbO3) composites are theoretically analyzed under the effective medium Maxwell-Garnett approximation to account on the optimal conditions through which such composites present negative epsilon conditions. The dielectric function of Ag nanoparticles (NPs) is described by Drude theory with an additional Lorentz oscillator term to take into account the interband electronic transitions which typically occur in noble metals. The LiNbO3 dielectric function is evaluated through the Sellmeier equations. Once the effective dielectric function (epsilon(eff)) is evaluated, we investigate the negative epsilon condition (epsilon'(eff) < 0) as a function of the frequency. The results showed that, for given volumen fraction values, the negative epsilon (NE) condition is satisfied for critical sizes of Ag NPs. This condition defines an interval of energies, called NE range. That NE range enlarges for increasing radius and becames narrower for decreasing volume fractions. Furthermore, the calculated Frohlich frequency is nearly close to the lower-energy limit of NE range. In addition, the calculated extinction spectra of the composite are analyzed in terms of the radius of Ag NPs.
Descripción
Se han analizado analíticamente composites formados por nanopartículas de plata (Ag) embebidas en el cristal uniaxial LiNbO3 en la aproximación de medio efectivo de Maxwell-Garnett para tener en cuenta las condiciones en que obtiene la condición NE (negative épsilon).Se considera para la función dieléctrica de las nanopartículas de Ag el modelo de Drude-Lorentz de un oscilador para tener en cuenta las transiciones electrónica interbanda que típicamente ocurren en los metales de transición. Para la función dieléctrica del LiNbO3 se considera las ecuaciones de Sellmeier. Una vez que se tiene la función dieléctrica del medio efectivo, hemos estudiado las condiciones en que se verifica la condición NE (’eff < 0) en función de la frecuencia. Los resultados han mostrado que para factores de llenado determinados, se obtiene la condición NE para valores críticos del tamaño de las nanopartículas de Ag. Esta condición define un intervalo de energías llamado NE. Este rango se ensancha para radios crecientes de las nanopartículas de Ag y llega a ser más estrecho para factores de llenado menores. Por otro lado, la frecuencia Frölich calculada está próxima al límite inferior de energía NE. Además, los espectros de extinción del composite se analizan en términos del radio de las nanopartículas de Ag.
Palabras clave
Citación
R M de la Cruz et al 2017 Mater. Res. Express 4 025023