Abstract

An adapted method of optimization of coated metallic nanoparticles is introduced to perform the optimal choice of material and sizes for better scattering or absorption efficiency. This design of nanoshells, involving plasmon resonance, is achieved to maximize the efficiency factors. The presented method is turned to tune the efficiency of nanoshells for biomedical applications and an increasing of the efficiency factors by 1 or 2 orders of magnitude is predicted with realistic materials.

© 2008 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. Link and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 103, 8410 (1999).
    [CrossRef]
  2. J. Aizpurua, P. Hanarp, D. S. Sutherland, M. Kall, G. W. Bryant, and F. J. G. de Abajo, Phys. Rev. Lett. 90, 057401 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. Y. G. Sun and Y. N. Xia, Science 298, 2176 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. S. J. Oldenburg, R. D. Averitt, S. L. Westcott, and N. J. Halas, Chem. Phys. Lett. 288, 243 (1998).
    [CrossRef]
  5. S. R. Sershen, S. L. Westcott, N. J. Halas, and J. L. West, J. Biomed. Mater. Res. 51, 293 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. D. P. O'Neal, L. R. Hirsch, N. J. Halas, J. D. Payne, and J. L. West, Cancer Lett. 209, 171 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. M. L. Brongersma, J. W. Hartman, and H. A. Atwater, Phys. Rev. B 62, R16356 (2000).
    [CrossRef]
  8. T. Okamoto, I. Yamaguchi, and T. Kobayashi, Opt. Lett. 25, 372 (2000).
    [CrossRef]
  9. J. B. Jackson, S. L. Westcott, L. R. Hirsch, J. L. West, and N. J. Halas, Appl. Phys. Lett. 82, 257 (2003).
    [CrossRef]
  10. S. Link, Z. L. Wang, and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 103, 3529 (1999).
    [CrossRef]
  11. K. L. Kelly, C. Eduardo, L. L. Zhao, and G. C. Schatz, J. Phys. Chem. B 107, 668 (2003).
    [CrossRef]
  12. E. Prodan and P. Nordlander, J. Chem. Phys. 120, 5444 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. C. Loo, L. Hirsch, M. H. Lee, E. Chang, J. West, N. Halas, and R. Drezek, Opt. Lett. 30, 1012 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. N. K. Grady, N. J. Halas, and P. Nordlander, Chem. Phys. Lett. 399, 167 (2004).
    [CrossRef]
  15. D. Barchiesi, E. Kremer, V. P. Mai, and T. Grosges, J. Microsc. 229, 525 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. T. Grosges, S. Petit, D. Barchiesi, and S. Hudlet, Opt. Express 12, 5987 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  17. D. Barchiesi, B. Guizal, and T. Grosges, Appl. Phys. B 84, 55 (2006).
    [CrossRef]
  18. C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles (Wiley, 2003).
  19. G. Gouesbet, B. Maheu, and G. Gréhan, J. Opt. Soc. Am. A 5, 1427 (1988).
    [CrossRef]
  20. H. P. Schwefel, Evolution and Optimum Seeking (Wiley, 1995).
  21. D. Macías and D. Barchiesi, Opt. Lett. 30, 2557 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]

2008

D. Barchiesi, E. Kremer, V. P. Mai, and T. Grosges, J. Microsc. 229, 525 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2006

D. Barchiesi, B. Guizal, and T. Grosges, Appl. Phys. B 84, 55 (2006).
[CrossRef]

2005

2004

E. Prodan and P. Nordlander, J. Chem. Phys. 120, 5444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

N. K. Grady, N. J. Halas, and P. Nordlander, Chem. Phys. Lett. 399, 167 (2004).
[CrossRef]

T. Grosges, S. Petit, D. Barchiesi, and S. Hudlet, Opt. Express 12, 5987 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

D. P. O'Neal, L. R. Hirsch, N. J. Halas, J. D. Payne, and J. L. West, Cancer Lett. 209, 171 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2003

J. B. Jackson, S. L. Westcott, L. R. Hirsch, J. L. West, and N. J. Halas, Appl. Phys. Lett. 82, 257 (2003).
[CrossRef]

J. Aizpurua, P. Hanarp, D. S. Sutherland, M. Kall, G. W. Bryant, and F. J. G. de Abajo, Phys. Rev. Lett. 90, 057401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

K. L. Kelly, C. Eduardo, L. L. Zhao, and G. C. Schatz, J. Phys. Chem. B 107, 668 (2003).
[CrossRef]

2002

Y. G. Sun and Y. N. Xia, Science 298, 2176 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

2000

S. R. Sershen, S. L. Westcott, N. J. Halas, and J. L. West, J. Biomed. Mater. Res. 51, 293 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

M. L. Brongersma, J. W. Hartman, and H. A. Atwater, Phys. Rev. B 62, R16356 (2000).
[CrossRef]

T. Okamoto, I. Yamaguchi, and T. Kobayashi, Opt. Lett. 25, 372 (2000).
[CrossRef]

1999

S. Link, Z. L. Wang, and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 103, 3529 (1999).
[CrossRef]

S. Link and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 103, 8410 (1999).
[CrossRef]

1998

S. J. Oldenburg, R. D. Averitt, S. L. Westcott, and N. J. Halas, Chem. Phys. Lett. 288, 243 (1998).
[CrossRef]

1988

Aizpurua, J.

J. Aizpurua, P. Hanarp, D. S. Sutherland, M. Kall, G. W. Bryant, and F. J. G. de Abajo, Phys. Rev. Lett. 90, 057401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Atwater, H. A.

M. L. Brongersma, J. W. Hartman, and H. A. Atwater, Phys. Rev. B 62, R16356 (2000).
[CrossRef]

Averitt, R. D.

S. J. Oldenburg, R. D. Averitt, S. L. Westcott, and N. J. Halas, Chem. Phys. Lett. 288, 243 (1998).
[CrossRef]

Barchiesi, D.

D. Barchiesi, E. Kremer, V. P. Mai, and T. Grosges, J. Microsc. 229, 525 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

D. Barchiesi, B. Guizal, and T. Grosges, Appl. Phys. B 84, 55 (2006).
[CrossRef]

D. Macías and D. Barchiesi, Opt. Lett. 30, 2557 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

T. Grosges, S. Petit, D. Barchiesi, and S. Hudlet, Opt. Express 12, 5987 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Bohren, C. F.

C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles (Wiley, 2003).

Brongersma, M. L.

M. L. Brongersma, J. W. Hartman, and H. A. Atwater, Phys. Rev. B 62, R16356 (2000).
[CrossRef]

Bryant, G. W.

J. Aizpurua, P. Hanarp, D. S. Sutherland, M. Kall, G. W. Bryant, and F. J. G. de Abajo, Phys. Rev. Lett. 90, 057401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Chang, E.

de Abajo, F. J. G.

J. Aizpurua, P. Hanarp, D. S. Sutherland, M. Kall, G. W. Bryant, and F. J. G. de Abajo, Phys. Rev. Lett. 90, 057401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Drezek, R.

Eduardo, C.

K. L. Kelly, C. Eduardo, L. L. Zhao, and G. C. Schatz, J. Phys. Chem. B 107, 668 (2003).
[CrossRef]

El-Sayed, M. A.

S. Link, Z. L. Wang, and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 103, 3529 (1999).
[CrossRef]

S. Link and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 103, 8410 (1999).
[CrossRef]

Gouesbet, G.

Grady, N. K.

N. K. Grady, N. J. Halas, and P. Nordlander, Chem. Phys. Lett. 399, 167 (2004).
[CrossRef]

Gréhan, G.

Grosges, T.

D. Barchiesi, E. Kremer, V. P. Mai, and T. Grosges, J. Microsc. 229, 525 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

D. Barchiesi, B. Guizal, and T. Grosges, Appl. Phys. B 84, 55 (2006).
[CrossRef]

T. Grosges, S. Petit, D. Barchiesi, and S. Hudlet, Opt. Express 12, 5987 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Guizal, B.

D. Barchiesi, B. Guizal, and T. Grosges, Appl. Phys. B 84, 55 (2006).
[CrossRef]

Halas, N.

Halas, N. J.

N. K. Grady, N. J. Halas, and P. Nordlander, Chem. Phys. Lett. 399, 167 (2004).
[CrossRef]

D. P. O'Neal, L. R. Hirsch, N. J. Halas, J. D. Payne, and J. L. West, Cancer Lett. 209, 171 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

J. B. Jackson, S. L. Westcott, L. R. Hirsch, J. L. West, and N. J. Halas, Appl. Phys. Lett. 82, 257 (2003).
[CrossRef]

S. R. Sershen, S. L. Westcott, N. J. Halas, and J. L. West, J. Biomed. Mater. Res. 51, 293 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. J. Oldenburg, R. D. Averitt, S. L. Westcott, and N. J. Halas, Chem. Phys. Lett. 288, 243 (1998).
[CrossRef]

Hanarp, P.

J. Aizpurua, P. Hanarp, D. S. Sutherland, M. Kall, G. W. Bryant, and F. J. G. de Abajo, Phys. Rev. Lett. 90, 057401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Hartman, J. W.

M. L. Brongersma, J. W. Hartman, and H. A. Atwater, Phys. Rev. B 62, R16356 (2000).
[CrossRef]

Hirsch, L.

Hirsch, L. R.

D. P. O'Neal, L. R. Hirsch, N. J. Halas, J. D. Payne, and J. L. West, Cancer Lett. 209, 171 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

J. B. Jackson, S. L. Westcott, L. R. Hirsch, J. L. West, and N. J. Halas, Appl. Phys. Lett. 82, 257 (2003).
[CrossRef]

Hudlet, S.

Huffman, D. R.

C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles (Wiley, 2003).

Jackson, J. B.

J. B. Jackson, S. L. Westcott, L. R. Hirsch, J. L. West, and N. J. Halas, Appl. Phys. Lett. 82, 257 (2003).
[CrossRef]

Kall, M.

J. Aizpurua, P. Hanarp, D. S. Sutherland, M. Kall, G. W. Bryant, and F. J. G. de Abajo, Phys. Rev. Lett. 90, 057401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Kelly, K. L.

K. L. Kelly, C. Eduardo, L. L. Zhao, and G. C. Schatz, J. Phys. Chem. B 107, 668 (2003).
[CrossRef]

Kobayashi, T.

Kremer, E.

D. Barchiesi, E. Kremer, V. P. Mai, and T. Grosges, J. Microsc. 229, 525 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Lee, M. H.

Link, S.

S. Link, Z. L. Wang, and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 103, 3529 (1999).
[CrossRef]

S. Link and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 103, 8410 (1999).
[CrossRef]

Loo, C.

Macías, D.

Maheu, B.

Mai, V. P.

D. Barchiesi, E. Kremer, V. P. Mai, and T. Grosges, J. Microsc. 229, 525 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Nordlander, P.

E. Prodan and P. Nordlander, J. Chem. Phys. 120, 5444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

N. K. Grady, N. J. Halas, and P. Nordlander, Chem. Phys. Lett. 399, 167 (2004).
[CrossRef]

Okamoto, T.

Oldenburg, S. J.

S. J. Oldenburg, R. D. Averitt, S. L. Westcott, and N. J. Halas, Chem. Phys. Lett. 288, 243 (1998).
[CrossRef]

O'Neal, D. P.

D. P. O'Neal, L. R. Hirsch, N. J. Halas, J. D. Payne, and J. L. West, Cancer Lett. 209, 171 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Payne, J. D.

D. P. O'Neal, L. R. Hirsch, N. J. Halas, J. D. Payne, and J. L. West, Cancer Lett. 209, 171 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Petit, S.

Prodan, E.

E. Prodan and P. Nordlander, J. Chem. Phys. 120, 5444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Schatz, G. C.

K. L. Kelly, C. Eduardo, L. L. Zhao, and G. C. Schatz, J. Phys. Chem. B 107, 668 (2003).
[CrossRef]

Schwefel, H. P.

H. P. Schwefel, Evolution and Optimum Seeking (Wiley, 1995).

Sershen, S. R.

S. R. Sershen, S. L. Westcott, N. J. Halas, and J. L. West, J. Biomed. Mater. Res. 51, 293 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Sun, Y. G.

Y. G. Sun and Y. N. Xia, Science 298, 2176 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Sutherland, D. S.

J. Aizpurua, P. Hanarp, D. S. Sutherland, M. Kall, G. W. Bryant, and F. J. G. de Abajo, Phys. Rev. Lett. 90, 057401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Wang, Z. L.

S. Link, Z. L. Wang, and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 103, 3529 (1999).
[CrossRef]

West, J.

West, J. L.

D. P. O'Neal, L. R. Hirsch, N. J. Halas, J. D. Payne, and J. L. West, Cancer Lett. 209, 171 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

J. B. Jackson, S. L. Westcott, L. R. Hirsch, J. L. West, and N. J. Halas, Appl. Phys. Lett. 82, 257 (2003).
[CrossRef]

S. R. Sershen, S. L. Westcott, N. J. Halas, and J. L. West, J. Biomed. Mater. Res. 51, 293 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Westcott, S. L.

J. B. Jackson, S. L. Westcott, L. R. Hirsch, J. L. West, and N. J. Halas, Appl. Phys. Lett. 82, 257 (2003).
[CrossRef]

S. R. Sershen, S. L. Westcott, N. J. Halas, and J. L. West, J. Biomed. Mater. Res. 51, 293 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. J. Oldenburg, R. D. Averitt, S. L. Westcott, and N. J. Halas, Chem. Phys. Lett. 288, 243 (1998).
[CrossRef]

Xia, Y. N.

Y. G. Sun and Y. N. Xia, Science 298, 2176 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Yamaguchi, I.

Zhao, L. L.

K. L. Kelly, C. Eduardo, L. L. Zhao, and G. C. Schatz, J. Phys. Chem. B 107, 668 (2003).
[CrossRef]

Appl. Phys. B

D. Barchiesi, B. Guizal, and T. Grosges, Appl. Phys. B 84, 55 (2006).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

J. B. Jackson, S. L. Westcott, L. R. Hirsch, J. L. West, and N. J. Halas, Appl. Phys. Lett. 82, 257 (2003).
[CrossRef]

Cancer Lett.

D. P. O'Neal, L. R. Hirsch, N. J. Halas, J. D. Payne, and J. L. West, Cancer Lett. 209, 171 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Chem. Phys. Lett.

S. J. Oldenburg, R. D. Averitt, S. L. Westcott, and N. J. Halas, Chem. Phys. Lett. 288, 243 (1998).
[CrossRef]

N. K. Grady, N. J. Halas, and P. Nordlander, Chem. Phys. Lett. 399, 167 (2004).
[CrossRef]

J. Biomed. Mater. Res.

S. R. Sershen, S. L. Westcott, N. J. Halas, and J. L. West, J. Biomed. Mater. Res. 51, 293 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

J. Chem. Phys.

E. Prodan and P. Nordlander, J. Chem. Phys. 120, 5444 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

J. Microsc.

D. Barchiesi, E. Kremer, V. P. Mai, and T. Grosges, J. Microsc. 229, 525 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

J. Opt. Soc. Am. A

J. Phys. Chem. B

S. Link and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 103, 8410 (1999).
[CrossRef]

S. Link, Z. L. Wang, and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 103, 3529 (1999).
[CrossRef]

K. L. Kelly, C. Eduardo, L. L. Zhao, and G. C. Schatz, J. Phys. Chem. B 107, 668 (2003).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. B

M. L. Brongersma, J. W. Hartman, and H. A. Atwater, Phys. Rev. B 62, R16356 (2000).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

J. Aizpurua, P. Hanarp, D. S. Sutherland, M. Kall, G. W. Bryant, and F. J. G. de Abajo, Phys. Rev. Lett. 90, 057401 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Science

Y. G. Sun and Y. N. Xia, Science 298, 2176 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Other

C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles (Wiley, 2003).

H. P. Schwefel, Evolution and Optimum Seeking (Wiley, 1995).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (1)

Fig. 1
Fig. 1

Evolution of the (a) scattering efficiency Q sca and the (b) absorption efficiency Q abs as a function of the wavelength λ after the optimization on the core and coating sizes for gold and silver coating and compared to the Au coating reference [13] (i.e., r 1 = 120 nm and r c = 35 nm ).

Tables (1)

Tables Icon

Table 1 Selection of the Domains for Parameters r 1 , r c , Assuring Scattering or Absorption Efficiencies Larger Than 80% of the Maximum Efficiencies for Two Wavelengths (850 and 950 nm )

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

Q ext = 1 I i π r 2 2 1 2 R { Ω [ E i × H s * + E s × H i * ] d Ω } ,
Q sca = 1 I i π r 2 2 1 2 R { Ω [ E s × H s * ] d Ω } ,

Metrics