ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ КЛАСТЕРОВ СЕРЕБРА, ВВЕДЕННЫХ МЕТОДОМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИОННОГО ОБМЕНА, С НАНОЧАСТИЦАМИ CdS ВО ФТОРФОСФАТНЫХ СТЕКЛАХ

Стекла с металлическими и полупроводниковыми наночастицами являются перспективными нелинейными и люминесцентными материалами фотоники. Теоретически было показано, что для усиления нелинейного эффекта Керра оптимальны композитные оптические материалы, содержащие полупроводниковое CdS-ядро с металлической Ag- оболочкой, или наоборот. Взаимодействие такого ансамбля наночастиц приводит к появлению островковой структуры из серебра на частице CdS, причем образование соединения акантита Ag2S на границе двух фаз (CdS-Ag) минимально. В стеклах синтез квантовых точек CdS происходит в результате термообработки вблизи температуры стеклования, а введение серебра осуществляется методом низкотемпературного ионного обмена. Целью работы было исследование влияния серебряного ионного обмена на рост наночастиц CdS. В данной работе были исследованы два стекла – без CdS (стекло 1) и с CdS (стекло 2), которые были подвергнуты ионному обмену при Т=320 °С в течение 10, 20 и 30 минут и последующей термообработке при температурах 410 и 420 °С. Для стекла 1 после проведения ионного обмена возникает интенсивная люминесценция в области 400–500 нм, а после термообработки наблюдается поверхностный плазмонный резонанс на λ=410 нм. Для стекла 2 после проведения ионного обмена наблюдаются изменение спектров поглощения, характерное для формирования акантита, и слабая люминесценция, сдвигающаяся в длинноволновую область (от 550 до 700 нм) при проведении ионного обмена и термообработки, что свидетельствует о росте квантовых точек CdS. Экспериментально показано, что для стекла 2 без ионного обмена, содержащего квантовые точки CdS, кватовый выход увеличивается до 70%, в то время как стекло с серебром имеет резкое уменьшение квантового выхода до 0%. Это уменьшение обусловлено формированием на поверхности квантовой точки CdS акантита Ag2S. 

1. Fisher G.L., Boyd R.W., Gehr R.J., Jenekhe S.A., Osaheni J.A., Sipe J.E., Weller-Brophy L.A. Enhanced nonlinear optical response from composite materials // Physical Review Letters. 1995. V. 74. N 10. P. 1871– 1874. doi: 10.1103/PhysRevLett.74.1871

2. Kalyaniwalla N., Haus J.W., Inguva R., Birnboim M.H. Intrinsic optical bistability for coated spheroidal particles // Physical Review A. 1990. V. 42. N 9. P. 5613–5621. doi: 10.1103/PhysRevA.42.5613

3. Ko M.-J., Plawsky J., Birnboim M. Fabrication of CdS/Ag hybrid quantum dot composites using a melt/quench method // Journal of Non-Crystalline Solids. 1996. V. 203. P. 211–216. doi: 10.1016/0022- 3093(96)00484-X

4. Neuendorf R., Quinten M., Kreibig U. Optical bistability of small heterogeneous clusters // Journal of Chemical Physics. 1996. V. 104. N 16. P. 6348–6354.

5. Rocco F., Jain A.K., Treguer M., Cardinal T., Yotte S., Le Coustumer P., Lee C.Y., Park S.H., Choi J.G. Optical response of silver coating on CdS colloids // Chemical Physics Letters. 2004. V. 394. N 4–6. P. 324– 328. doi: 10.1016/j.cplett.2004.07.022

6. Колобкова Е.В., Никоноров Н.В., Асеев В.А. Влияние серебра на рост квантовых точек во фторофос- фатных стеклах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 5 (81). С. 1–5.

7. Wang P.W. Formation of silver colloids in silver ion-exchanged soda-lime glasses during annealing // Applied Surface Science. 1997. V. 120. N 3–4. P. 291–298.

8. Hovel H., Fritz S., Hilger A., Kreibig U., Vollmer M. Width of cluster plasmon resonances: bulk dielectric functions and chemical interface damping // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics. 1993. V. 48. N 24. P. 18178–1818. doi: 10.1103/PhysRevB.48.18178

9. Колобкова Е.В., Кукушкин Д.С., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Шахвердов Т.А. Люминесцентные свойства фторфосфатных стекол с молекулярными кластерами селенида кадмия // Оптика и спектро- скопия. 2015. Т. 118. № 2. С. 237–241. doi: 10.7868/S0030403415020105

10. Zheng W., Kurobori T., Miyamoto Y., Nanto H., Yamamoto T. Formation and assignment of silver defect centers in phosphate glass induced by femtosecond laser pulses // Radiation Measurements. 2011. V. 46. N 12. P. 1402–1405. doi: 10.1016/j.radmeas.2011.01.004

11. Martin J.L., Riera R., Cruz S.A. Confinement of excitons in spherical quantum dots // Journal of Physics Condensed Matter. 1998. V. 10. N 6. P. 1349–1361. doi: 10.1088/0953-8984/10/6/017

12. Hota G., Jain S., Khilar K.C. Synthesis of CdS–Ag2S core-shell/composite nanoparticles using AOT/nheptane/water microemulsions // Colloids and Surfaces A: Physiochemical and Engineering Aspects. 2004. V. 232. N 2–3. P. 119–127. doi: 10.1016/j.colsurfa.2003.10.021

13. Norris D.J., Bawendi M.G. Measurement and assignment of the size-dependent optical spectrum in CdSe quantum dots // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics. 1996. V. 53. N 24. P. 16338– 16346.

14. Loginov E., Gomez L.F., Chiang N., Halder A., Guggemos N., Kresin V.V., Vilesov A.F. Photoabsorption of AgN (N~6-6000) nanoclusters formed in helium droplets: transition from compact to multicenter aggregation // Physical Review Letters. 2011. V. 106. N 23. Art. 233401. doi: 10.1103/PhysRevLett.106.233401

15. Kolobkova E.V., Kukushkin D.S., Nikonorov N.V., Sidorov A.I., Shakhverdov T.A. Luminescent properties of molecular clusters (CdS)n in fluorophosphate glass // Glass Physics and Chemistry. 2015. V. 41. N 1. P. 104–107. doi: 10.1134/S1087659615010149

16. Persson B.N.J. Polarizability of small spherical metal particles: influence of the matrix environment // Surface Science. 1993. V. 281. N 1–2. P. 153–162. doi: 10.1016/0039-6028(93)90865-H 

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