مقاله اثرات وابسته به قطبش در طیف جذب ارتعاشی جزایر جاذب با اندازه محدود دوبعدی بر روی بسترهای دی الکتریک

چکیده

In the last years, Infrared Reflection-Absorption Spectroscopy (IRRAS) became a standard technique to study vibrational excitations of molecules. These investigations are strongly motivated by perspective applications in monitoring chemical processes. For a better understanding of the adsorption mechanism of molecules on dielectrics, the polarization-dependence of an interaction of infrared light with adsorbates at dielectric surfaces is commonly used. Thus, the peak positions in absorption spectra could be different for s- and p-polarized light. This shift between the peak positions depends on both the molecule itself and the dielectric substrate. While the origin of this shift is well understood for infinite two-dimensional adsorbate layers, finite-size samples, which consist of 2D islands of a small number of molecules, have never been considered. Here, we present a study on polarization-dependent finite-size effects in the optical response of such islands on dielectric substrates. The study uses a multi-scale modeling approach that connects quantum chemistry calculations to Maxwell scattering simulations. We distinguish the optical response of a single molecule, a finite number of molecules, and a two-dimensional adsorbate layer. We analyze CO and CO$_2$ molecules deposited on CeO$_2$ and Al$_2$O$_3$ substrates. The evolution of the shift between the polarization-dependent absorbance peaks is firstly studied for a single molecule, which it does not exhibit for at all, and for finite molecular islands, which it increases with increasing island size for, as well as for an infinite two-dimensional adsorbate layer. In the latter case, the agreement between the obtained results and the experimental IRRAS data and more traditional three/four-layer-model theoretical studies supports the predictive power of the multi-scale approach.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

در سالهای گذشته ، طیف سنجی جذب بازتاب مادون قرمز (IRRAS) به یک روش استاندارد برای مطالعه تحریکات ارتعاش مولکول ها تبدیل شد.این تحقیقات به شدت توسط برنامه های دیدگاه در نظارت بر فرآیندهای شیمیایی انگیزه می یابد.برای درک بهتر مکانیسم جذب مولکول ها بر روی دی الکتریک ، وابستگی قطبی سازی تعامل نور مادون قرمز با جاذب در سطوح دی الکتریک معمولاً استفاده می شود.بنابراین ، موقعیت های اوج در طیف جذب می تواند برای نور قطبی S- و P متفاوت باشد.این تغییر بین موقعیت های اوج به خود مولکول و بستر دی الکتریک بستگی دارد.در حالی که منشأ این تغییر به خوبی برای لایه های جاذب دو بعدی نامحدود درک شده است ، نمونه های اندازه محدود ، که از جزایر 2D از تعداد کمی مولکول تشکیل شده است ، هرگز در نظر گرفته نشده است.در اینجا ، ما یک مطالعه در مورد اثرات اندازه محدود وابسته به قطبش در پاسخ نوری چنین جزایر در بسترهای دی الکتریک ارائه می دهیم.این مطالعه از یک رویکرد مدل سازی چند مقیاس استفاده می کند که محاسبات شیمی کوانتومی را به شبیه سازی پراکندگی ماکسول متصل می کند.ما پاسخ نوری یک مولکول واحد ، تعداد محدود مولکول ها و یک لایه جاذب دو بعدی را متمایز می کنیم.ما مولکولهای شرکت و شرکت $ _2 $ را که در مدیرعامل $ _2 $ و al $ _2 $ o $ _3 $ سپرده شده اند ، تجزیه و تحلیل می کنیم.تکامل تغییر بین قله های جذب وابسته به قطبش در مرحله اول برای یک مولکول واحد مورد بررسی قرار می گیرد ، که اصلاً آن را نشان نمی دهد ، و برای جزایر مولکولی محدود ، که با افزایش اندازه جزیره برای و همچنین برای یک نامحدود افزایش می یابدلایه جاذب دو بعدی.در مورد دوم ، توافق بین نتایج به دست آمده و داده های IRRAS تجربی و مطالعات نظری سه/چهار لایه سنتی تر از قدرت پیش بینی کننده رویکرد چند مقیاس پشتیبانی می کند.