Atskleidžia nanodalelių santykį stiklo ir metalo nanokompozituose, apšvitintuose femtosekundės lazeriu | mokslinės ataskaitos

Atskleidžia nanodalelių santykį stiklo ir metalo nanokompozituose, apšvitintuose femtosekundės lazeriu | mokslinės ataskaitos

Anonim

Dalykai

  • Kondensuotos materijos fizika
  • Metamedžiagos
  • Nanodalelės
  • Sintezė ir perdirbimas
  • Šio straipsnio pataisa buvo paskelbta 2016 m. Sausio 27 d

Šis straipsnis buvo atnaujintas

Anotacija

Mes nagrinėjome femtosekundinį sidabro nanodalelių, įterptų į kalcio-kalcio stiklą, formavimą lazeriu. Palyginę eksperimentinius absorbcijos spektrus su modeliavimu, paremtu Maxwell Garnett aproksimacija, modifikuota sferoidiniams intarpams, gavome perdarytų sidabrinių nanodalelių vidutinį kraštinių santykį kaip lazerio pūtimo funkciją. Mes pademonstravome, kad mūsų eksperimentinėmis sąlygomis sidabro nanodalelių sferinė forma pasikeitė į išplatintą sferoidą, kurio kraštinių santykis buvo net 3, 5, kai lazerio skystis buvo 0, 6 J / cm2. Sukurtas metodas gali būti naudojamas stiklo-metalo kompozitų anizotropijai valdyti.

Įvadas

Į skaidrią terpę įterptų pailgų metalinių nanodalelių ansambliai yra įdomūs dėl jų būdingos anizotropijos 1, kuri lemia linijinę ir netiesinę dichroizmą ir dvigubą suardymą 2, 3 . Paprastai tokie anizotropiniai stiklo ir metalo nanokompozitai (GMN) gaminami tempiant stiklo plokštes, turinčias sferines nanodaleles 4 . Visų pirma, ši technika naudojama parduodant dichroinius poliarizatorius, kuriuose naudojami stiklai su pailgintomis sidabro arba vario nanodalelėmis. Tačiau šiuolaikiniams funkciniams prietaisams reikalingas dvigubo suskaidymo ir dichroizmo valdymas submikronų erdvine skiriamąja geba, kai nanodalelių forma keičiasi substrate nustatytu būdu per atstumą, palyginamą su bangos ilgiu. Šie prietaisai yra svarbūs optiniam kodavimui, daugialypiam duomenų saugojimui ir sudėtingų, į poliarizaciją jautrių spektrinių kaukių gamybai 5 . Reikiamą metalo nanodalelių formavimąsi pagal pasirinktą erdvės formą galima pasiekti švitinant GMN intensyvia lazeriu 6, 7, 8, 9 arba jonų pluoštais 10, 11 .

Stiklų, turinčių sferinių sidabro nanodalelių, apšvitinimas femtosekundės 12, pikosekundės 13, nanosekundės 9 impulsų ar net nepertraukiamo bangos (CW) lazerio pluoštais 14 lemia metalinių sferidų susidarymą, atsižvelgiant į apdorojimo sąlygas. Sferoidinių nanodalelių tipas - išstumti arba išplatėti - ir jų santykis paprastai apibūdinamas perdavimo elektronų mikroskopija (TEM) 3, 15, 16 . Tačiau TEM ir kiti apibūdinimo būdai negali būti naudojami nanodalelių formai in situ ištirti, nes to reikia sudėtingų, į poliarizacijai jautrių plokštumų plazmoninių ir fotoninių sistemų gamybai. Tuo pačiu metu lazerio sukelta metalinių nanodalelių anizotropija pasireiškia optinės absorbcijos spektro poliarizacijos jautrumu; šie spektrai buvo nuodugniai ištirti sidabro pagrindu pagamintame GMN daugelyje ekspozicijų. Nors informacija apie nanodalelių, paimtų į ansamblį, vidurkį, yra kaupiama poliarizacijai jautriame absorbcijos ir atspindžio spektre, vis dar neišspręsta nanodalelių proporcijų atskleidimo iš lazeriu apdoroto GMN linijinio dichroizmo problema.

Šiame darbe pateikiami sidabro pagrindo GMN, apšvitinto intensyviais femtosekundės lazerio impulsais, esant 515 nm bangos ilgiui, linijinių dichroizmo spektrų tyrimai. Taikydami efektyvią terpės apytikslę elipsoidinių intarpų vertę 17, mes išanalizuojame išmatuotos diferencialinės perdavimo spektrus šviesos poliarizuotai ( -oms ) ir statmenai ( p ) femtosekundės lazerio pluošto, naudojamo GMN modifikavimui, poliarizacijos azimutui, ir pavaizduojame priklausomybę. nanodalelių, esančių lazeriu, veikiamame GMN, santykis perdirbimo sąlygomis.

Metodai

GMN sluoksnio gamyba

GMN mėginiai buvo paruošti iš sodos-kalkių flotacinio stiklo Ag + -Na + jonų mainų metodu, išsamiai aprašytu kitur 18 . Jonų mainų procesas buvo vykdomas 325 ° C temperatūroje, 20 minučių panardinant soda-kalkių stiklo plokšteles į Ag 0, 5 Na 0, 95 NO 3 tirpalą, kai stiklo paviršius buvo praturtintas sidabro jonais. Vėliau mėginys atkaitintas vandenilio atmosferoje atmosferos slėgyje 10 minučių 250 ° C temperatūroje. Atkaitinimo metu stiklo sidabro jonai buvo sumažinti ir susumuoti į nanodaleles 19 . Galiausiai mes pagaminome du maždaug 100 nm storio kelių nanometrų dydžio sidabro nanodalelių (Ag NPs) sluoksnius, įdėtus į stiklą po abiem stiklelio 20 paviršiais. Mūsų TEM matavimai parodė, kad mūsų naudojama procedūra lemia stiklo Ag NPs koncentracijos profilio pakopą. Remiantis Ref. Panašiai pagaminto GMN 20 atveju sferinių nanodalelių tūrinė dalis yra apie 0, 1, kai 2 nm dalelių spindulys yra. Šis dydis buvo paimtas iš tinkamiausio išmatuoto optinės absorbcijos spektro, darant prielaidą, kad Ag NPs dydžio pasiskirstymo plotis buvo mažesnis nei 15% 20 .

Femtosekundinis stiklo-sidabro nanokompozitų modifikavimas

Norint ištirti GMN lazerinę modifikaciją, mėginys buvo apšvitintas 330 fs impulsais, generuojamais regeneraciniu būdu amplifikuoto, režimu užfiksuoto Yb: KGW pagrindu sukurto ultra greito lazerio sistemos („Pharos“, „Light Conversion Ltd.“), veikiančios 515 nm (dažnis dvigubinamas). esant 20 kHz pasikartojimo dažniui. Mes apšvitinome mėginio 1 × 1 mm 2 kvadratinių sričių eiles, užrašydami 1 mm linijas 2 μm atstumu tarp linijų. Rašymo greitis buvo 0, 5 mm / s, o lazerio impulsų energiją valdė pusiau bangos plokštė ir linijinis poliarizatorius (1 pav.). Skirtingų kvadratų diapazonas buvo 0, 01–0, 065 μJ. Lazerio spindulys buvo poliarizuotas lygiagrečiai rašymo krypčiai. Pluoštas buvo sufokusuotas substrato viduje per 0, 21 NA objektyvą, kurio grynasis skystis buvo 0, 25–1, 625 J / cm 2 (0, 76–4, 9 TW / cm 2 ), kiekvienas taško po spinduliuotė buvo apšvitinta ~ 60 lazerio impulsų. Lazerio energijos rinkiniui buvo surašytos kvadratų eilutės (įvestis 1 pav.).

Image

Lazerio apdorojimas buvo stebimas CCD kamera. Įžanga rodo lazeriu modifikuotų GMN sričių (1 × 1 mm 2 ) optinio perdavimo ( T ) ir atspindžio ( R ) atvaizdus, ​​apšvitintus įvairiomis lazerio įtakomis. Juoda rodyklė nurodo lazerio rašymo kryptį, raudona rodyklė - poliarizacijos būseną. Piešė Rokas Drevinskas.

Visas dydis

Lazeriu indukuoti tiesiniai dichroizmo matavimai

Neapdorotų ir apšvitintų GMN sričių apibūdinimas atliktas naudojant UV-VIS-NIR mikrospektrometrinę sistemą (Olympus BX51, CRAIC). Neįprasto GMN absorbcijos spektras buvo išmatuotas naudojant nepoliarizuotą šviesą (2 pav.). Ištirtų GMN sričių dichroizmas buvo tiriamas matuojant diferencinį optinį tankį

Image

, kur

Image
ir
Image
yra šviesos, praleidžiamos išilgai ( s- poliarizacijos) ir statmenos ( p- poliarizacijos) pralaidumai, atitinkamai, rašomosios šviesos poliarizacijai (2 pav.). Mes kontroliavome zondo šviesos pluošto poliarizaciją prieš bandinį įdėdami linijinį poliarizatorių.

Image

Žalia linija žymi modifikuojančio lazerio bangos ilgį.

Visas dydis

Rezultatai

3 paveiksle parodytas optinių tankių skirtumas

Image

modifikuoto GMN, skirto ortogonaliai poliarizuotoms zondo sijoms. Galima pamatyti dvi stiprias juostas šalia 450 nm ir 750 nm, dominuojančias apdoroto GMN substrato tiesiniame dichroizmo spektre. Linijinis dichroizmas atsiranda dėl paviršiaus plazmoninio rezonanso (SPR) suskaidymo, kai sferinės sidabro nanodalelės yra pailgintos femtosekundės lazerio švitinimu 2 . Kitaip tariant, s ir p- poliarizuotų zondo spindulių SPR padėtis pralaidumo spektre skiriasi.

Image

a ) Mažos galios režimas: rezonanso juosta pasislenka ilgesnių bangų ilgių link, o jos stipris didėja didėjant lazerio galiai. b ) Didelės galios režimas: rezonanso juosta pasislenka trumpiau, o jo stipris mažėja didėjant lazerio galiai.

Visas dydis

3 pav. Parodyta, kad modifikuoto GMN linijinis dichroizmas yra nemonotoninė lazerio bangos funkcija. Tiksliau, SPR, susijęs su

Image
(ty kai ΔD yra neigiamas) tampa stipresnis, kai pjūvis padidėja iki 0, 625 J / cm 2 (3 pav. (a)), o jo stipris mažėja didesnėms įtakoms (3 pav. (b)). 4 paveiksle parodyta mažiausio diferencinio optinio tankio spektrinė padėtis, atsižvelgiant į lazerio pūtimą. Priklausomybės elgesį gali lemti šilumos kaupimasis esant didesniam lazerio intensyvumui, kuris neleidžia visiškai sukietėti sidabro sferoidams tarp dviejų sekančių femtosekundžių impulsų ir iš dalies sunaikinti nanodaleles 15 .

Image

Duomenys išgauti iš spektrų, parodytų 3 pav.

Visas dydis

Diskusija

Sidabrinių nanodalelių pertvarkymas lazeriu švitinant atsiranda dėl vietinio elektrinio lauko sustiprėjimo šalia metalų įtraukimo į dielektrikus. Esant dideliam lazerio intensyvumui, vietinis laukas išmeta metalus iš metalo nanodalelių į stiklo matricą ir drastiškai padidina vietinę temperatūrą 15, išstumdamas sistemą iš pusiausvyros. Tai išprovokuoja sferinių nanodalelių virsmą sferoidais, kurių sukimosi ašis išilgai lazerio pluošto poliarizacijos azimuto yra, ir galiausiai sukelia optinį dichroizmą.

Norint analizuoti GMN modifikaciją, patariama atsižvelgti į vienalytės kompozicinės terpės, susidedančios iš identiškų metalinių sferoidų, turinčių pralaidumą, optines savybes.

Image

, įterptas į pagrindinę matricą su leistinumu

Image
. Manome, kad sferidų dydis yra daug mažesnis už šviesos bangos ilgį ir kad visi jie turi tokią pačią formą ir orientaciją, kurią nusako perdirbimo femtosekundės lazerio pluošto poliarizacija. Kadangi mes studijavome sidabro pagrindu pagamintą GMN, kurio metalų koncentracija buvo mažesnė nei 15 tūrio%, mes naudojame Maxwell Garnett metodą (MGA) 21, apibūdindami kompozito leistinumo tenzorį pagal sferidų poliarizacinį tenzorį 1 .

Atskirtos sferinės skydliaukės , turinčios a ir c spindulius (sukimosi ašis), poliarizacijos tenzorius gali būti pateiktas tokia forma: α ij = v 0 β ij , kur v 0 = 4 πca 2/3 yra sferosferos tūris. Jei z ašis nukreipta išilgai rutulio sukimosi ašies c , tenzoro β ij yra įstrižainė,

Image
ir
Image
ir 1

Image

Čia

Image
yra 1-osios sferos depolarizacijos faktoriai,

Image

ir

Image
. Dėl sferos
Image
, o išstumtų ir išplatintų sferidų depoliarizacijos koeficientas yra
Image
ir
Image
, atitinkamai.

Sidabro dielektrinį laidumą matomame spektriniame diapazone galima gerai apibūdinti Drude modelio rėmuose 22 :

Image

kur

Image
yra aukšto dažnio pralaidumas, ω p yra plazmos dažnis, o γ yra elektronų sklaidos greitis 23 . 1 modelis leidžia apskaičiuoti SPR sidabro rutuliui plazmoniniam svyravimui išilgai ašies ir c ašies. SPR bangos ilgių priklausomybė nuo sferinės skydliaukės kraštinių santykio parodyta 5 pav. Verta paminėti, kad 5 pav. Nėra atsižvelgiama į elektronų sklaidą į rutulio paviršių, t. Y. sudarė.

Image

Raudona ir juoda vientisa linija rodo SPR bangos ilgį atitinkamai poliarizuotai išilgai a ir c ašių. Skaitmeniniam modeliavimui buvo naudojami šie parametrai:

Image
= 4, λ p = 135 nm , γ / ω p = 0, 1 [23],
Image
= 2, 72.

Visas dydis

Kai sferidų c- ašys yra išlygintos ta pačia kryptimi, kompozitas pasižymi vienaašės medžiagos savybėmis. Taigi kompozito dielektrinis laidumo tenzorius yra įstrižas,

Image
ir
Image
, kur 17

Image

ir f yra sferoidinių intarpų tūrio dalis.

Tai patogu išreikšti

Image
ir
Image
kalbant apie
Image
, nanodalelių, sudarančių kompoziciją, sferoidiškumo kiekybinis matas:

Image
Image

Čia

Image

žymi rutulio, kurio tūris v 0, poliarizaciją α 0 = v 0 β 0 . Galima pastebėti, kad esant Δ N = 0, ekv (4, 5) suteikia izotropinio kompozito, sudaryto iš sferinių nanodalelių, leistinumą,

Image
. Kai Δ N ≠ 0, ty kai nanodalelės yra sferoidai, GMN yra anizotropinis. Tačiau optinę kompozito anizotropiją gali valdyti ne tik dalelių sferoidiškumas Δ N , bet ir tūrio dalis f . Visų pirma, Eq (3, 4) išeiga
Image
Image
, ty kompozicijoje Maxwell Garnett ( f ≪ 1), anizotropija yra proporcinga Δ Nf sandaugai. Tai reiškia, kad dalelių formos ir metalo tūrio pokyčiai suteikia mums du nepriklausomus GMN optinio atsako valdymo kanalus.

Kompozito, sudaryto iš metalinių sferoidų, įterptų į dielektrinę matricą, anizotropija pasireiškia linijine dichroizma, priešingai nei beveik grynas dvipusis lūžimas, stebimas stiklinėse be nanodalelių po ultragarso impulsų švitinimo 24 . Tiksliau, apšvitintame nanokompozite SPR padėtis ir plotis skiriasi, kai šviesa poliarizuota išilgai c - ir sferinės ašies ašies. SPR bangos ilgį sferinėje dalelėje galima nustatyti esant sąlygoms, kai tikrasis vardiklio dalis išnyks ekvivalentais. (6),

Image
. Tačiau kompozituose, sudarytuose iš sferidų, SPR rezonansai šviesai, poliarizuotai išilgai c - ir ax, vyksta skirtingais dažniais, kuriuos galima rasti iš šių lygčių:

Image
Image

Patartina gauti analitinę SPR rezonanso formulę kompozicijoje, naudojant Drude modelį. Naudojant ekvivalentus (7, 8) ir atsižvelgiant į tai, kad matomame spektriniame diapazone ω p ≫ γ , galima gauti šias lygtis paviršiaus plazmono bangų ilgiams, gautiems polarizuotai išilgai ir statmenai metalinių sferoidų, sudarančių kompozitą, sukimosi ašiai:

Image
Image

kur λ p = 2 πc / ω p yra plazmos bangos ilgis. prie

Image
,
Image
ir
Image
priklauso nuo matmenų santykio, panašiai kaip ir izoliuoto sferoido rezonansiniai bangos ilgiai (žr. 5 pav.).

Naudodami Eq (9, 10) galime parodyti, kad naudojant ω p , ω ≫ γ , SPR turi Lorentzian formą,

Image

kur linijos plotis nustatomas pagal elektronų sklaidos greitį,

Image

Būtina paminėti, kad elektronų sklaidos greitis nanodalelėse gali būti žymiai didesnis nei didžiojo metalo. Tiksliau, sidabro sferinės nanodalelės, kurių spindulys r , sklaidos greitis yra γ = 1 / τ + AV F / r, kur τ ≅ 30 fs ir V F = 1, 4 × 10 8 cm / s yra elektronų susidūrimo laikas ir Fermi greitis. birus sidabras, atitinkamai, ir A yra eilės 1 23 parametras . Kadangi mūsų eksperimente GMN sudarė sidabro nanodalelės, kurių spindulys mažesnis nei 10 nm 22, galima tikėtis, kad mūsų eksperimento sąlygomis vyrauja laisvųjų elektronų susidūrimas su dalelės paviršiumi γ .

Iš ekvivalentų (9, 10) pastebime, kad SPR gali būti keičiamas keičiant metalo tūrio dalį. Visų pirma, kai sferoidai yra 0 <Δ N <2/3,

Image
kinta spektriniame regione
Image
kol
Image
pokyčiai regione
Image
. Čia

Image

yra SPR bangos ilgis nanokompozitui, kurį sudaro sferinės nanodalelės.

Verta paminėti, kad dalelių formos modifikavimas taip pat turi įtakos elektronų sklaidos greičiui γ, išreikštam ekvivalentu. (8). Konkrečiai, sferoiduose susidūrimo laipsnis, kuris yra sferinių metalinių nanodalelių 23 spindulio funkcija, priklauso nuo to, ar elektronas juda išilgai c- ar ašies 25 . Jei darome prielaidą, kad dalelių tūris v 0 = 4 πr 3/3 nesikeičia keičiantis rutuliui į rutulinį, elektronų, sklindančių išilgai c ir a ašių, sklaidos greičiai gali būti išreikšti kaip:

Image
ir
Image
, atitinkamai.

Lygtys (4, 5) leidžia modeliuoti struktūros poliarizuotus perdavimo spektrus, kuriuos sudarė modifikuoto GMN sluoksnis, pliko stiklo substratas ir nesugadinto GMN sluoksnis, apimantis sferines nanodaleles. Į pastarąją reikėtų atsižvelgti, nes dėl jonų mainų metodo (žr. 2 skyrių) nanodalelės susidaro po abiem stiklinės plokštės paviršiais, o įtemptas femtosekundės lazerio pluošto fokusavimas palieka nepakeistą galinį bandinio paviršių.

Norėdami atskleisti nanokompozito parametrus, atlikome nemodifikuoto GMN išmatuoto tiesinės absorbcijos spektro pritaikymą. Montuojant mes naudojome įprastus „Drude“ modelio parametrus, susijusius su sidabru,

Image
= 4, λ p = 135 nm , γ / ω p = 0, 09 23 ir daroma prielaida, kad pliko ir sidabru praturtinto stiklo lūžio rodikliai yra 1, 5 ir 1, 65. Šis lūžio rodiklių skirtumas atsiranda tiek dėl jonų mainų, tiek dėl padidėjusių sidabro jonų koncentracijos akinių paviršiaus srityje vandenilio perdirbimo metu 19, 20 . Į požeminio sluoksnio sklaidos nuostolius buvo atsižvelgta fenomenologiškai įvedant ekstinkcijos koeficientą α s = 0, 0016 nm −1 . Iš 6 pav. (A) galima pastebėti, kad gauname gerą sutapimą tarp apskaičiuotų (vientisa linija) ir išmatuotų (plati pilka linija) spektrų, kai f = 0, 06 ir sidabru praturtinto sluoksnio storis L = 100 nm.

Image

a ) Nemodifikuoto GMN absorbcija, apskaičiuota naudojant MGA (juoda vientisa linija) ir gauta eksperimente (plati pilka linija). ( b ) Kietosios linijos parodo GMN diferencinį optinį tankį po švitinimo lazeriu su 0, 375 J / cm 2 (juoda), 0, 5 J / cm 2 (raudona) ir 0, 625 J / cm 2 (mėlyna). Brūkšninės linijos žymi GMN diferencinį optinį tankį, apskaičiuotą naudojant MGA, kai c / a = 3, 32, ξ = 0, 37 (juoda); c / a = 3, 61, ξ = 0, 38 (raudona) ir c / a = 3, 74, ξ = 0, 31 (mėlyna). Įvade rodomos nanodalelės, modifikuotos lazeriu. ( с ) Imituotas diferencinio optinio tankio ir santykio santykis bei rezonanso bangos ilgis, kai ξ = 0, 31. Skaitmeniniam modeliavimui buvo naudojami šie parametrai:

Image
= 4, λ p = 135 nm, γ / ω p = 0, 09, L = 10 nm, f = 0, 06, α s = 0, 016 nm −1, pliko ir sidabru praturtinto stiklo lūžio rodikliai yra atitinkamai 1, 5 ir 1, 65. .

Visas dydis

Gauti nemodifikuoto kompozito parametrai leidžia atkurti spektrus, išmatuotus atlikus femtosekundės lazerio švitinimą (2.2 skyrius). Manome, kad apdorojant lazeriu, sferinės metalo nanodalelės virsta sferoidais tik po priekiniu bandinio paviršiumi. Tačiau verta paminėti, kad mūsų eksperimentuose atstumas tarp linijų yra 2 μm, o taško skersmuo yra 1, 6 μm. Atsižvelgiant į mažesnį židinio periferijos intensyvumą ir užrašytų linijų periodiškumą, nemažas perdirbto regiono plotas išlieka nepakitęs. Nepaisant to, kad tik modifikuoti mėginio regionai turi linijinį dichroizmą, tiek modifikuoti, tiek nemodifikuoti plotai prisideda prie pralaidumo:

Image
. Čia TM ir TN yra modifikuotų ir nemodifikuotų sričių pralaidumai, o ξ apibūdina modifikuoto regiono santykinį plotą. Tai yra iš 6 pav. (B), kur pateikėme eksperimentinius ir apskaičiuotus diferencinio optinio tankio spektrus
Image
, galima daryti išvadą, kad mūsų eksperimentinėmis sąlygomis daugiau nei 30% nanodalelių, esančių po stiklo priekiniu paviršiumi, buvo modifikuotos. Mes taip pat imitavome diferencinio optinio tankio spektrą kaip sferoidų proporcijų funkciją ir nubraižome jį c / a ir rezonanso bangos ilgio koordinatėmis (6 pav. (C)).

6 pav. (B) parodytas eksperimentinis spektras leidžia mums gauti pertvarkytų dalelių kraštinių santykį kaip apdorojamojo lazerio pluošto svyravimo funkciją (7 pav.). Palyginus 4 ir 7 paveikslus, galima daryti išvadą

Image
yra beveik tiesinė proporcijų funkcija, tokia pati kaip ir atskirtų sferidų pav. 5 pav. Mūsų eksperimentinėmis sąlygomis ši funkcija yra tokia: λ SPR [nm] ≈ 145 ( c / a ) + 275 nm. Tai gerai atitinka atskirtų sferidų vertinimus 26 .

Image

Ryšys tarp diferencinio optinio tankio smailių ir sferidų kraštinių santykio buvo išgautas iš apdorotų perdavimo spektrų, iš dalies parodytų 3 pav. Ir 6 (b). Įdėklas schematiškai parodo nanodalelių formą ir vietą lazeriu apšvitinto mėginio viduje.

Visas dydis

Iš 7 pav. Galima pastebėti, kad eksperimento metu gavome maksimalų c / a ≈ 3, 5 kraštinių santykį esant 0, 625 J / cm 2 . Verta paminėti, kad dėl padidėjusio lazerio sklandumo vaizdo santykis sumažėja iki ~ 2, 6. Stebėtą reiškinį galima suprasti, jei primenama, kad nanodalelių pailgėjimą rašymo spindulio židinio srityje lydi greitas jų kaitinimas dėl santykinai lėto mėginio vertimo (0, 5 mm / s) ir santykinai didelio (20 kHz) pasikartojimo greičio. . Kadangi kiekvienas impulsas padidina nanodalelių temperatūrą

Image
, kur I yra lazerio impulsų intensyvumas, k g ≈ 1 W / mK yra stiklo šilumos laidumas, v 0 yra nanodalelių tūris 27, net esant nedideliam intensyvumui, nanodalelės tirpsta ir suminkštėja aplinkinis stiklas 28 . Šie šiluminiai efektai daro įtaką elektrinėms ir paviršiaus įtempimo jėgoms, kurių pusiausvyra lemia nanodalelių formą. Mūsų eksperimentinėmis sąlygomis galima tikėtis, kad nanodalelių pailgėjimas, atsirandantis dėl elektrinių jėgų, veikiant didesnėms nei 0, 625 J / cm 2 srovėms, sąlygoja jų pasiskirstymą, susidarant mažiau pailgintoms nanodalelėms, o tai reiškia, kad esant mažesnėms kaip 0, 625 sritims, proporcijos mažėja. J / cm 2 ir 1 J / cm 2 . Kai padidiname sklandumą, stiprus vietinis elektrinis laukas galiausiai sunaikina nanodaleles 15, 29, panašiai kaip jas sunaikina stiprus nuolatinis nuolatinis elektrinis laukas 30 .

Išvada

Palyginę femtosekundės lazeriu apdoroto sidabro pagrindu pagaminto GMN eksperimentinius ir teorinius diferencinio pralaidumo spektrus, mes parodėme, kad plačiame lazerio įtakų diapazone pertvarkytų sidabro nanodalelių, turinčių GMN, kraštinių santykis yra tiesinė svyravimo funkcija. Šis rezultatas atveria kelią metalinių nanodalelių formos ir optinių savybių kontrolei, būtinoms įvairioms plazmoninėms ir nanofotoninėms reikmėms. Visų pirma, tai svarbu modifikuoti GMN didelę erdvinę skiriamąją gebą, kad būtų sukurtos plazmonu sustiprintos grotelės ir plačiai derinami paviršiaus komponentai. Buvo gautas spektrinis atskyrimas tarp 400 nm stačiakampės poliarizuotos šviesos SPR smailių, o tai reiškia, kad sferinės sidabro nanodalelės virsta prolatiniais sferoidais, kurių kraštinių santykis yra iki 3, 5. Šią šviesos sukeltą anizotropiją galima dar labiau padidinti, naudojant GMN substratus su didesnėmis metalo dalelėmis ir kontroliuojant bendrą modifikavimo procesą.

Pokyčių istorija

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.