ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР ДЛЯ СЕНСОРНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ

Егоров Владимир Ильич, Звягин Илья Вячеславович, Карпенко Елена Драгановна, Клюкин Дмитрий Александрович, Сидоров Александр Иванович

2014 , ТОМ 14, НОМЕР 4 ( ИЮЛЬ-АВГУСТ )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

УДК 535.8

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР ДЛЯ СЕНСОРНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ

Егоров В.И., Звягин И.В., Карпенко Е.Д., Клюкин Д.А., Сидоров А.И.

Читать статью полностью

Аннотация

Представлены результаты расчета оптических характеристик наночастиц серебра с диэлектрической
оболочкой для использования в химических и биосенсорах. Расчет сечения поглощения сферических наночастиц серебра с диэлектрической оболочкой проводился в дипольном квазистатическом приближении. Показано, что оптимальными для металл-диэлектрических наноструктур являются толщина диэлектрической оболочки 2–3 нм и показатель преломления оболочки 1,5–1,75. Выполнено сравнение результатов расчета с экспериментальными данными. Проведено экспериментальное исследование чувствительности металл-диэлектрических наноструктур к изменению показателя преломления внешней среды. Синтез наноструктур, состоящих из наночастиц серебра с оболочкой на поверхности стекла, содержащего ионы серебра, проводился методом лазерной абляции приповерхностного слоя стекла наносекундными импульсами лазера с длиной волны 1,06 мкм (Solar LQ129), при этом из лазерного факела на поверхность стекла оседают наночастицы серебра и покрываются оболочкой из диэлектрических компонент стекла. Синтез наночастиц серебра без оболочки на поверхности стекла, содержащего ионы серебра, проводился методом термообработки стекла в парах воды. Измерение спектров оптической плотности образцов проводилось с помощью спектрофотометра Cary 500 (Varyan). В случае синтеза наноструктур методом лазерной абляции при изменении показателя преломления от 1 (воздух) до 1,33 (вода) происходит сдвиг плазмонной полосы поглощения на 6 нм. В случае синтеза наночастиц серебра без оболочки на поверхности стекла при тех же условиях зарегистрирован сдвиг плазмонной полосы, составляющий 13 нм, но при этом частицы легко удаляются с поверхности подложки. Полученные результаты могут найти применение при разработке химических и биологических сенсоров на основе спектрального сдвига плазмонных резонансов.

Ключевые слова: наночастица серебра, металл-диэлектрическая наноструктура, плазмонный резонанс, биосенсор, абляция

Список литературы

1. Климов В.В. Наноплазмоника. М.: Физматлит, 2009. 480 с.

2. Zayats A.V., Smolyaninov I.I., Maradudin A.A. Nano-optics of surface plasmon polaritons // Physics Reports. 2005. V. 408. N 3-4. P. 131–314.

3. Eichelbaum M., Rademann K. Plasmonic enhancement or energy transfer? On the luminescence of gold-, silver-, and lanthanide-doped silicate glasses and its potential for light-emitting devices // Advanced Functional Materials. 2009. V. 19. N 13. P. 2045–2052.

4. Pugh V.J., SzmacinskiH., Moore W.E., Geddes C.D., Lakowicz J.R. Submicrometer spatial resolution of metal-enhanced fluorescence // Applied Spectroscopy. 2003. V. 57. N 12. P. 1592–1598.

5. Chen Y., Jaakola J.J., Saynatjoki A., Tervonen A., Honkanen S. Glass-embedded silver nanoparticle patterns by masked ion-exchange process for surface-enhanced Raman scattering // Journal of Raman Spectroscopy. 2011. V.42. N 5. P. 936–940.

6. Kneipp K., Wang Y., Kneipp H., Perelman L.T., Itzkan I., Dasari R.R., Feld M.S. Single molecule detection using surface-enhanced Raman scattering (SERS) // Physical Review Letters. 1997. V. 78. N 9. P. 1667–1670.

7. Silver nanoparticles. Ed. by D.P. Perez. Vukovar, Croatia: In-Tech, 2010. 342 p.

8. Lee K.S., El-Sayed M.A. Gold and silver nanoparticles in sensing and imaging: sensitivity of plasmon response to size, shape, and metal composition // Journal of Physical Chemistry B. 2006. V. 110. N 39. P. 19220–19225.

9. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. 664 с.

10. Золотарев В.М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В. Оптические постоянные природных и технических сред. Справочник. Л.: Химия, 1984. 216 с.

11. Tervonen A., West B.R., Honkanen S. Ion-exchanged glass waveguide technology: a review // Optical Engineering. 2011. V. 50. N 7. Art. N 071107.

12. Egorov V.I., Naschekin A.V., Sidorov A.I. Plasmonic nanostructures formation on surface of glasses using pulsed laser exposure // Proc. of VI Finn.-Russ. Photonics and Lasers Symposium (PALS'13). Kuopio, Finland, 2013. P. 13.

13. Egorov V.I., Naschekin A.V., Nikonorov N.V., Sidorov A.I. Silver nanoparticles and films formation on the surface of silver-containing glasses by laser ablation // Proc. of International Symposium Fundamentals of Laser Assisted Micro- and Nanotechnologies (FLAMN-13). St. Petersburg, 2013. P. 117–118.

14. Образцов П.А., Нащекин А.В., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Панфилова А.В., Брунков П.Н. Формирование наночастиц серебра на поверхности силикатных стекол после ионного обмена // ФТТ. 2013. Т.55. №6. С. 1180–1186.

15. Kaganovskii Yu., Mogilko E., Lipovskii A.A., Rosenbluh M. Formation of nanoclusters in silver-doped glasses in wet atmosphere // Journal of Physics: Conference Series. 2007. V. 61. N 1. P. 508–512.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License