Фемтосекундная фотоника наноструктурированных систем Ag/TiO2 и Au/TiO2

• Автор: Айбушев, Арсений Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Глава 1. Введение и обзор литературы
1.1. Введение
1.2 Обзор литературы по теме работы
Глава 2. Методы исследования
2.1 Экспериментальные методы
2.1.1 Многофотонная и ближнепольная микроскопия
2.1.2 Фемтосекундная абсорбционная спектроскопия
2.2 Теоретические методы
2.2.1 Метод БОТО
2.2.2 Метод Т04ЖГ
Глава 3. Микроскопия пленок Ме/ТЮ2
3.1 Приготовление мезопористых пленок Ме/ТЮ2
3.2 Многофотонная и ближнепольная оптическая микроскопия пленок Ме/ТЮ2
3.3 Изучение конфигураций «горячих точек»
3.4 Выводы
Глава 4. Фемтосекундная динамика наночастиц Аи и пленок ТЮ2
4.1 Фемтосекундная абсорбционная спектроскопия золотых коллоидов
4.2 Воздействие фемтосекундного импульса на кластеры Меп
(Me=Au,Ag; п=4,12)
4.3 Фемтосекундная абсорбционная спектроскопия кристаллических и аморфных пленок Аи/ТЮ2
4.4 Выводы
Заключение
Литература
Глава 1. Введение и обзор литературы
1.1 Введение
На протяжении последних трех десятилетий ТЮ2 широко исследуется для различных применений в области фотокатализа, химических сенсоров, удаления загрязнений, преобразования световой энергии в химическую энергию [1-3]. В последние годы одним из перспективных направлений стало сопряжение ТЮ2 с ферментами. Это позволит осуществлять селективные фотокаталитические реакции, например, получение водорода и биологические активные соединения, такие как ИАОН. Эффективность фотокаталитических реакций с участием диоксида титана ограничена процессами рекомбинации и поглощающей способностью в видимом диапазоне длин волн. Доля энергии солнечного света, которая приходит на полосу поглощения объёмного ТЮ2 не превышает 5%.
Фотокаталитические свойства диоксида титана могут быть существенно улучшены, при использовании мезопористых пленок, образованных из наночастиц ТЮ2. Во-первых, это происходит из-за развитой поверхности (до З00м2/см3) мезопористых пленок. Во-вторых, для наночастиц ТЮ2 менее 25нм, ширина запрещенной зоны ТЮг монотонно уменьшается (с 3.2эВ до 2.7эВ), вплоть до размеров наночастиц порядка Юнм [4].
В настоящее время, для улучшения сенсибилизации пленок ТЮ2 к солнечному свету перспективными выглядят следующие направления. Во-первых, допирование ТЮ2 атомами углерода, азота и серы [5]. Во-вторых, поиск таких соединений и частиц, в которых был бы возможен эффективный транспорт электронов в ТЮ2 под действием видимого света. В этой связи, благородные металлы, которые имеют значительное поглощение в оптической области спектра, выглядят особенно привлекательными [6].
С другой стороны, благородные металлы сегодня являются ключевыми для новой области нанооптики, такой как наноплазмоника [7]. Здесь, одной из наиболее важных характеристик частицы является способность значительно
усиливать электромагнитные поля в пространственных масштабах самой частицы. Создание таких систем может быть использовано для детектирования рамановского сигнала единичных молекул на поверхности наночастиц, в люминесцентной спектроскопии [8-9]. Наконец, благодаря высокой концентрации электромагнитной энергии вокруг наночастиц, в этом году, впервые, был создан лазер на поверхностных плазмонах, так называемый спазер [10-11].
В представленной работе рассматриваются композиты, состоящие из наночастиц благородных металлов (золота и серебра), фотодепонированных на аморфные и кристаллические пористые пленки ТЮ2. В работе применяются современные экспериментальные исследования: многофотонная и
ближнепольная оптическая микроскопия, фемтосекундная абсорбционная спектроскопия. Разработана программа для исследования и предсказания оптических свойств металл/полупроводниковых наноструктур.
Цели и задачи работы:
1. Получить аморфные и кристаллические пористые нанокомпозитные пленки Ме/ТЮ2 (Me=Au,Ag, частицы металла получить фотокаталитическим способом), обладающие: во-первых, «горячими точками» с высоким коэффициентом усиления электромагнитного поля в ближней ИК-области; во-вторых, высокой концентрацией таких «горячих точек». Исследовать морфологию полученных образцов.
2. Создать программный код для расчета оптических свойств диэлектрических, металлических и полупроводниковых наночастиц различных конфигураций.
3. На основе созданного метода моделирования, соотнести экспериментальные данные по электронной и многофотонной микроскопии пленок МеЛПСЬ с целью выявить связь между оптическими особенностями и геометрическими конфигурациями наночастиц Ме на пленке.
4. Выяснить вклад наночастиц Ме и ТЮ2 в люминесценцию пористых пленок Ме/ТЮ2.

спектром в медицине, например в томографии и микрохирургии глаза, а также в биологии.
Схема экспериментальной установки фемтосекундной абсорбционной спектроскопии, реализующая методику «накачка-зондирование» представлена на рис. 6. Фемтосекундные лазерные импульсы генерировались лазером Tsunami, в котором в качестве активной среды использовался кристалл титаната сапфира. Накачка фемтосекундного лазера осуществлялась непрерывным излучением твердотельного лазера Millenia-V (мощность 5 Вт, длина волны излучения 530нм). Титан-сапфировый лазер вырабатывал импульсы длительностью 80фс с длиной волны 800нм, частотой повторения 80МГц и энергией ЮнДж. Эти фемтосекундные импульсы направлялись в регенеративный усилитель Spitfïre, накачиваемый импульсным лазером Evolution X (мощность 8Вт, частота повторения импульсов 1 кГц, длина волны 527нм). После усилителя импульсы имели длительность ЮОфс, энергию около 1200мкДж при частоте следования 0-1 кГц и несущей длине волны 802нм.
802нм,100фс
компьютер
Рис. 6 Схема фемтосекундной экспериментальной установки, реализующая методику «накачка-зондирование».