Смачило Ю_2.Б.._семінар

1.

Смачило Юрій Богданович
Наноструктуровані інтерфейси на основі плазмонних
матеріалів для прикладних застосувань
спеціальність 171 Електроніка
Науковий керівник: Яремчук І.Я.
Львів – 2026

2. АКТУАЛЬНІСТЬ ТА ПРОБЛЕМАТИКА

Розвиток нанооптоелектроніки, сенсорики та органічної електроніки зумовлює
потребу у створенні керованих наноструктурованих інтерфейсів, здатних ефективно
локалізувати та підсилювати електромагнітне поле на субхвильових масштабах.
Плазмонні та екситон-плазмонні резонансні явища забезпечують значне
підсилення ближнього поля, спектральну селективність та можливість керування
оптичним відгуком шляхом варіювання геометричних параметрів і матеріальних
характеристик.
Однак залишаються невирішеними проблеми:
кількісного опису умов виникнення слабкого та сильного плазмон-екситонного
зв’язку;
оптимізації плазмонних геометрій для максимізації поглинання та локалізації
поля;
узгодження математичних моделей з експериментально сформованими
гібридними наноструктурованими плівками;
забезпечення технологічної відтворюваності інтерфейсів із прогнозованими
оптичними параметрами.
Наукова задача: встановлення закономірностей формування та керування
плазмонними
й
екситон-плазмонними
резонансними
явищами
в
наноструктурованих інтерфейсах типу метал–діелектрик та розроблення методів
структурно-параметричної оптимізації.
2

3. МЕТА, ЗАВДАННЯ, ОБ’ЄКТ І ПРЕДМЕТ

Мета дослідження: Розроблення та оптимізація наноструктурованих інтерфейсів на
основі плазмонних матеріалів шляхом синтезу математичних моделей і методів
структурно-параметричного дизайну для керованого формування їх оптичного
відгуку в прикладних задачах сенсорики та оптоелектроніки.
Завдання :
Проаналізувати фізичні механізми збудження локалізованих плазмонних і
екситон-плазмонних резонансів у наноструктурах типу метал–діелектрик.
Синтезувати математичні моделі взаємодії електромагнітного випромінювання з
окремими наночастинками та їх масивами.
Дослідити умови виникнення слабкого та сильного плазмон-екситонного зв’язку
в гібридних наноструктурованих плівках.
Розробити методи оптимізації геометричних і матеріальних параметрів
плазмонних структур.
Оцінити можливості підвищення ефективності поглинання світла та чутливості
сенсорних елементів шляхом модифікації наноструктурованих інтерфейсів.
Об’єкт дослідження - процеси взаємодії електромагнітного випромінювання з
плазмонними та гібридними наноструктурованими інтерфейсами.
Предмет дослідження - математичні моделі, методи оптимізації та структурногеометричні параметри плазмонних і екситон-плазмонних наноструктур, що
визначають їх оптичні та резонансні властивості.
3

4. НАУКОВА КОНЦЕПЦІЯ ТА МОДЕЛЬ

Наукова концепція роботи базується на системному підході до дизайну
наноструктурованих інтерфейсів на основі плазмонних матеріалів із
використанням електродинамічних моделей та чисельного моделювання для
параметричної оптимізації їх оптичного відгуку.
Запропоновано узагальнену модель плазмонного інтерфейсу типу метал–
діелектрик, що поєднує локалізовані поверхневі плазмонні резонанси з
екситонними переходами в гібридних структурах.
Розроблено математичні та чисельні моделі (FEM/FDTD) для дослідження 0D,
1D та 2D наногеометрій з урахуванням комплексної діелектричної проникності
матеріалів, геометричних параметрів та впливу навколишнього середовища.
В основу моделювання покладено підхід електродинамічної аналогії, що
дозволяє описувати резонансні явища через спектральні залежності локалізації
електромагнітного поля та енергетичні умови зв’язку плазмон–екситон.
Запропоновано
метод
структурно-параметричної
наноструктурованих інтерфейсів для керованого зміщення
максимумів та підсилення ближнього поля.
оптимізації
резонансних
Сформовано комплексну модельну основу для прогнозування оптичних
характеристик і підвищення ефективності сенсорних, фотовольтаїчних та
органічних оптоелектронних систем.
4

5. РЕАЛІЗАЦІЯ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ

Рис.1. Спектри поглинання, розсіювання та ефективності
оптичного випромінювання сукупності сферичних срібних
наночастинок однакового та різного розміру в матриці
органічного напівпровідника
Рис. 2. Спектральні характеристики сукупності
ідентичних еліпсоїдальних срібних наночастинок
(α₁ ≠ α₂ = α₃) у матриці органічного напівпровідника
Рис. 3. Вплив розподілу форми (Δ = 0.1–0.9) на
спектри поглинання, розсіювання та ефективність
оптичного випромінювання сукупності
еліпсоїдальних срібних наночастинок
Рис. 4. Залежність спектральних характеристик
сукупності еліпсоїдальних срібних наночастинок від
показника заломлення матриці органічного
напівпровідника (n = 1.70–1.80)
5

6. ПИТАННЯ ДЛЯ КОНСУЛЬТАЦІЇ (ДЛЯ ПОТОЧНОГО РОКУ НАВЧАННЯ)

Положення, які претендують на наукову новизну:
1.Розроблено аналітичні співвідношення, що встановлюють зв’язок між
геометричними параметрами наночастинок (радіус, аспектне відношення, період
масиву, ширина нанозазору) та спектральним положенням локалізованого
поверхневого плазмонного резонансу.
2.Встановлено умови виникнення слабкого та сильного плазмон-екситонного зв’язку
в гібридних наноструктурованих плівках на основі критерію співвідношення ширини
спектральних ліній та константи зв’язку.
3.Досліджено вплив показника заломлення навколишнього середовища та товщини
діелектричного шару на спектральне зміщення резонансних максимумів і добротність
резонансів.
4.Запропоновано алгоритм оптимізації наноструктурованих інтерфейсів для
підвищення коефіцієнта локального підсилення електромагнітного поля та
збільшення чутливості сенсорних елементів.
5.Сформовано узгоджену методику проектування плазмонних та екситон-плазмонних
інтерфейсів із прогнозованими оптичними характеристиками для практичної
реалізації в сенсорних та оптоелектронних пристроях..
6

7. СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у наукових фахових виданнях України:
1. Смачило Ю., Мисюк Ю., Гладун М., Булавінець Б., Яремчук І.Плазмонний резонанс наночастинок срібла та золота в
органічних середовищах: фізичні механізми та спектральні прояви //Інфокомунікаційні технології та електронна
інженерія. – 2025. – Вип. 5, № 2. – С. 202–211.
2. Yaremchuk I., Bulavinets T., Smachylo Y., Mysiuk Y., Fitio V., Stakhira P.Modeling of the tunable plasmonic properties of
spherical and ellipsoidal silver nanoparticles in the matrix of an organic semiconductor //Technology Audit and Production
Reserves. – 2024. – 5(1 (79)).
3. Mysiuk Y., Smachylo Y., Iluin O. V., Bulavinets T. O., Yaremchuk I. Y.Interaction of silver nanoparticles with a substrate under
plasmonic resonance conditions //Мікросистеми, електроніка та акустика. – 2024. – Т. 29, № 3.
Тези конференції:
1. luin O. V., Smachylo Y., Mysiuk Y., Hladun M., Ivaniuk K., Bulavinets T., Fitio V., Yaremchuk I. Silver nanoparticles for surfaceenhanced Raman spectroscopy application // Nanotechnology and Nanomaterials, NANO-2024 : abstract book of International
research and practice conference (Uzhhorod, 21–24 of August 2024). – 2024. – C. 537.
2. Iluin O., Smachylo Y., Mysiuk Y., Bulavinets T., Fitio V., Yaremchuk I. Silver ellipsoidal nanoparticles for surface enhanced raman
scattering applications // Electronics and nanotechnology (ELNANO) : proceedings of 2024 IEEE 42nd International conference,
May 13–16 2024, Kyiv, Ukraine. – 2024. – C. 219–222.
3. Smachylo Y., Iluin O. V., Mysiuk Y., Bulavinets T. O., Yaremchuk I. Y. Study of the interaction between silver nanoparticles and
substrate under plasmon resonance // Актуальні проблеми фундаментальних наук : матеріали VI міжнародної наукової
конференції, присвяченої пам’яті Джордано Бруно, Луцьк, Світязь, 09–12.06.2025. – 2025. – C. 42–43.
4. Teterya* M., Stetsyna* A., Smachylo Y., Mysiuk Y., Bulavinets T., Yaremchuk I. Study of plasmon-exciton interaction in
nanostructures // Nanotechnology and nanomaterials, NANO-2025 : abstract book of 13th International research and practice
conference, August 20–23, 2025, Bukovel, Ukraine. – 2025. – C. 469.
5. Ільїн О. В., Смачило Ю. Б., Мисюк Ю. І., Булавінець Т. О., Яремчук І. Я. Моделювання спектральних характеристик
еліпсоїдних наночастинок для застосування в підсиленій поверхнею Раманівській спектроскопії // Релаксаційні, нелінійні,
акустоопичні процеси і матеріали, РНАОПМ’2024 : матеріали XII Міжнародної наукової конференції (Луцьк-Світязь, 0104 червня 2024 року) присвяченої пам’яті Георгія Євлампійовича Давидюка (80-річчю з дня народження). – 2024. – C. 22.
0,04 ум.д.ар. (За іншою тематикою) (Ільїн О. В., Булавінець Т. О.)..
7

8.

Дякую за увагу
8