خواص نوری نانومواد

خواص نوری نانومواد مانند جذب، انتقال، انعکاس و انتشار نور، به طور قابل توجهی با خصوصیات مواد حجیم متفاوت است. خواص نوری نانومواد به ساختار الکترونیکی داخلی بستگی دارد و برای مورفولوژی های مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است. زیرا ساختار الکترونیکی نانومواد به اتم های سطحی بستگی دارد. نانوذرات به قدری کوچک هستند که الکترون‌های موجود در آنها به اندازه مواد حجیم آزاد نیستند. به دلیل این محصور شدن کوانتومی الکترون ها، نانوذرات در مقایسه با مواد حجیم در برابر نور واکنش متفاوت نشان می دهند.

عوامل موثر در خواص نوری نانومـواد

دو عامل، افزایش فاصله سطح انرژی (اثر کوانتومی) و تشدید پلاسمون سطحی، در خواص نوری مربوط به اندازه نانومواد تاثیر دارند. تشدید پلاسمون سطحی نتایج تحریک منسجم الکترون های آزاد نانومواد است و در نوار رسانایی و نوسانات تشدید درون فاز آنها با انرژی نور اعمالی وجود دارد. تشدید پلاسمون سطحی تنها زمانی مشاهده می شود که اندازه ذرات مواد کمتر از طول موج تابش فرودی باشد. هنگامی که اندازه ذرات کمتر از طول موج تابش فرودی می شود، پدیده تشدید پلاسمون سطحی برای کنترل خواص نوری نانومواد غالب می شود.

رزونانس پلاسمون سطحی نتایج تحریک منسجم الکترون‌های آزاد نانومواد است که در نوار رسانایی و نوسانات تشدید درون فاز آن‌ها با انرژی نور اعمال شده وجود دارند. بنابراین نانومواد برخلاف مواد حجیم می توانند رزونانس پلاسمون سطحی تولید کنند. شدت رزونانس پلاسمون سطحی به طور مستقیم با تعداد الکترون های برانگیخته و ثابت دی الکتریک محیط متناسب است. فلزاتی مانند طلا، نقره و آلومینیوم می‌توانند حالت‌های پلاسمون سطحی را که در آن الکترون‌های آزاد در ماده به طور طبیعی با فرکانسی که به ترکیب، اندازه و شکل ذره بستگی دارد، تشدید می‌کنند.

خـواص نوری نانو مواد نیمه رسانا

شکاف باند نوری با کاهش اندازه ذرات، به ویژه برای نانومواد نیمه رسانا، افزایش می یابد. هنگامی که یک الکترون از حالت انرژی بالاتر به حالت انرژی پایین تر سقوط می کند، یک کوانتوم نور (فوتون) با طول موج λ = hc/ΔE منتشر می شود که در آن h، c، ΔE به ترتیب ثابت پلانک، سرعت نور و اختلاف انرژی بین سطوح انرژی مجاز الکترون هستند. هرچه ΔE بزرگتر باشد طول موج کوتاهتر است. نانومواد نیمه هادی، نور را در طول موج های خاصی جذب و ساطع می کنند.

به طور مثال در مورد کوانتوم دات های نیمه رسانا، انتقال یک الکترون از باند ظرفیت به نوار رسانایی اتفاق می افتد. الکترون برانگیخته می تواند دوباره به باند ظرفیت رها شود و انرژی خود را به صورت نور آزاد کند. رنگ نور به اختلاف انرژی بین سطوح انرژی نقطه کوانتومی در نوار رسانایی و نوار ظرفیت بستگی دارد.