Оптические методы исследования металлических наночастиц на поверхности прозрачных диэлектриков

• Автор: Логунов, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Оптические свойства металлических наночастиц. Современные оптические методы исследования резонансных свойств металлических наноструктур.

1.1. Оптические свойства металлических наночастиц

1.2. Эффекты, приводящие к уширению плазмонных резонансов

1.3. Метод резонансной флюоресценции

1.4. Автокорреляционная методика

1.5. Выжигание спектральных провалов в неоднородно уширенных спектрах

поглощения ансамблей металлических наночастиц (Тепловой механизм)

1.6. Современные методы определения размеров и форм наночастиц,

расположенных на подложке

1.7. Метод флукгуационной микроскопии и его применение для исследования
пространственных характеристик металлических наноструктур
1.8. Недостатки современных методов исследования наноструктур
Глава 2. Выжигание спектральных провалов под воздействием непрерывного низко интенсивного лазерного излучения.
2.1. Фотоатомная эмиссия. Применение фотоатомной эмиссии для выжигания спектральных провалов в спектрах неоднородно уширенных полос экстшпсщш металлической островковой плёнки
2.2. Методика приготовления образцов
2.3. Экспериментальные результаты
2.4. Интерпретация экспериментальных результатов
Глава З.Исследование диффузии в островковых металлических плёнках
3.1. Связь между формой наночастиц и спектральными характеристиками островковых пленок
3.2. Моделирование оптических характеристик островковой пленки серебра
' 3.3. Явление «старения» и тепловая диффузия в островковых металлических плёнках
3.4. Обнаружение фотостимулированной диффузии по поверхности наночастиц. Модификация форм металлических наночастиц с помощью фотоатомной эмпссни

Глава 4. Оптические методы определения размеров и форм наночастиц
4.1. Метод флуктуацинно-поляршационной микроскопии и его применение для исследования оптической анизотропии металлических наночасгиц
4.2. Экспериментальная установка
4.3. Объекты экспериментального исследования
4.4. Экспериментальные результаты
4.5. Интерпретация экспериментальных результатов
Заключение
Список литературы
Введение
Диссертация посвящена актуальной, в свете современного интереса к нанотехнологиям, проблеме исследования свойств наноструктурированных объектов. В диссертации представлены результаты работ по экспериментальному исследованию и модификации ансамблей металлических наноструктур, выращенных на поверхности прозрачных диэлектрических материалов методом самоорганизации.
В последние десятилетия стремительно развиваются исследования в области физики низкоразмерных структур. Наноструктурированные материалы являются объектом растущего интереса для фундаментальной и прикладной науки [1, 2], поскольку, с уменьшением характерных размеров их структурных единиц до наноуровня, они зачастую приобретают новые свойства, обусловленные квантово-размерными эффектами и возрастающей ролью поверхностных атомов и взаимодействий. Современный интерес к этой наиболее динамично развивающейся области физики связан как с принципиально новыми фундаментальными научными проблемами и физическими явлениями [3,4,5,6], так и с перспективами создания на основе уже открытых явлений совершенно новых квантовых устройств и систем с широкими функциональными возможностями для опто- и наноэлектроники, измерительной техники, информационных технологий нового поколения, средств связи [7-11].
Среди наночастиц простых веществ особое место занимают металлические наночастицы, а также их ансамбли - островковые металлические пленки [12,13], расположенные на диэлектрических подложках. Пристальное внимание к ним объясняется особенностями их электронной структуры, с одной стороны, а с другой - относительной простотой их получения для экспериментальных исследований. Делокализованные электроны в металлических наночастицах определяют характер их поведения в процессах взаимодействия с внешними полями. В этих процессах наиболее интересной особенностью, вызывающей в последнее время повышенный интерес экспериментаторов и теоретиков, оказались сильные коллективные эффекты в электронной системе, определяющие реакцию наночастиц на внешнее возмущение [14,15].

Недоступные для электронной микроскопии пленки Иа на сапфире исследовались с помощью оптического метода при разных толщинах. Коэффициенты отражения от исследуемых пленок не превосходили 20%, а относительные флуктуации коэффициента отражения были менее 1%. Из анализа статистики флуктуации отражения и прохождения были определены средний диаметр кластеров (85 нм) и среднее их число в фокальном пятне (от 40 до 400 в зависимости от толщины пленки)
1.8. Недостатки современных методов исследования наноструктур
Среди использованных в настоящее время методик определения времени фазовой релаксации плазмонного резонанса, направленных на преодоление неоднородного уширения, необходимо назвать работы по исследованию изолированных металлических частиц [150] измерение оптических свойств упорядоченных массивов идентичных частиц, созданных с помощью электронной литографии [151].
Ограничения указанных подходов очевидны. В первом случае, при работе с одной единственной частицей отношение сигнал/шум оказывается довольно низким, что не позволяет исследовать малые частицы. Кроме того, такого рода измерения в условиях высокого вакуума до сих пор не реализованы, так что состояние поверхности металлической частицы в точности не известно. Второй метод, несомненно, имеет большие перспективы, но в настоящее время размер частиц также ограничен снизу величиной порядка 50 нм, так как разброс параметров более мелких частиц оказывается недопустимо большим. Следует также отметить исключительную дороговизну образцов, полученных с помощью электронной литографии.
Применение нелинейных оптических методов к изучению плазмонных возбуждений началось относительно недавно. Основные трудности здесь связаны с очень коротким временем жизни коллективных электронных возбуждений в металлических наночастицах. В большинстве случаев время жизни оказывается порядка единиц или десятков фемтосекунд. Для экспериментов во временной области это требует все еще трудно достижимого временного разрешения. При постановке экспериментов в спектральной области низкая