УДК: 535.399

Особенности оптических свойств диффузионных слоев, полученных при последовательном обмене ионов натрия на ионы меди и серебра в силикатном стекле

Дёмичев И.А., Сидоров А.И., Никоноров Н.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Дёмичев И.А., Сидоров А.И., Никоноров Н.В. Особенности оптических свойств диффузионных слоев, полученных при последовательном обмене ионов натрия на ионы меди и серебра в силикатном стекле // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 11. С. 66–70.

Dyomichev I.A., Sidorov A.I., Nikonorov N.V. Features of the optical properties of diffusion layers obtained by successive replacement of sodium ions with copper and silver ions in silicate glass [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2015. V. 82. № 11. P. 66–70.

Ссылка на англоязычную версию:

I. A. Demichev, A. I. Sidorov, and N. V. Nikonorov, "Features of the optical properties of diffusion layers obtained by successive replacement of sodium ions with copper and silver ions in silicate glass," Journal of Optical Technology. 82(11), 767-770 (2015). https://doi.org/10.1364/JOT.82.000767

Аннотация:

Экспериментально показано, что при последовательном внедрении ионов меди и серебра в силикатное стекло методом ионного обмена и последующей термообработки в стекле формируются металлические наночастицы, структура и состав которых зависят от температуры последней. При температуре термообработки ниже температуры стеклования в стекле формируются сферические наночастицы серебра и меди, при температуре выше температуры стеклования формируются наноструктуры, состоящие из медного ядра и серебряной оболочки. Проведено сравнение спектров поглощения таких структур с расчетным спектром сечения их поглощения.

Ключевые слова:

наночастица, наноструктура, медь, серебро, ионный обмен, ядро-оболочка, плазмонный резонанс

Благодарность:

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (идентификатор ПНИЭР: RFMEFI58114X006).

Коды OCIS: 160.2750; 160. 4236

Список источников:

1. Stegeman G.I., Torruellas W.E. Nonlinear materials for information processing and communications // Philos. Trans. R. Soc. Lond. A. 1996. V. 354. № 1708. P. 745–756.
2. Yang X.C., Li Z.H., Li W.J., Xu J.X., Dong Z.W., Qian S.X. Optical nonlinearity and ultrafast dynamics of ion exchanged silver nanoparticles embedded in soda-lime silicate glass // Chin. Sci. Bull. 2008. V. 53. № 5. P. 695–699.
3. Tanahashi I., Manabe Y., Tohda T. Optical nonlinearities of Au/SiO2 composite thin films prepared by a sputtering method // J. Appl. Phys. 1996. V. 79. № 3. P. 1244–1250.
4. Liao H.B., Xiao R.F., Wang H., Wong K., Wong G.K.L. Large third-order optical nonlinearity in Au:TiO2 composite films measured on a femtosecond time scale // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 72. № 15. P. 1817–1825.
5. Olivares J., Requejo-Isidro J., del Coso R., de Nalda R., Solis J., Afonso C.N., Stepanov A.L., Hole D., Townsend P.D. Large enhancement of the third-order optical susceptibility in Cu-silica composites produced by low-energy high-current ion implantation // J. Appl. Phys. 2001. V. 90. № 2. P. 1064–1070.
6. Yang X.C., Dong Z.W., Liu H.X., Xu J.X., Qian S.X. Effects of thermal treatment on the third-order optical nonlinearity and ultrafast dynamics of Ag nanoparticles embedded in silicate glasses // Chem. Phys. Lett. 2009. V. 475. № 4–6. P. 256–259.
7. Hache F., Ricard D., Flytzanis C. Optical nonlinearities of small metal particles: Surface-mediated resonance and quantum size effects // J. Opt. Soc. Am. B. 1986. V. 3. № 12. P. 1647–1655.
8. Климов В. В. Наноплазмоника. М.: Физматлит, 2009. 480 с.
9. Thomas S., Nair S.K., Jamal E., Al-Harthi S.H., Varma M.R., Anantharaman M.R. Size-dependent surface plasmon resonance in silver silica nanocomposites // Nanotechnology. 2008. V. 19. № 7. P. 075710.
10. Celep G., Cottancin E., Lermé J., Pellarin M., Arnaud L., Huntzinger J.R., Vialle J.L., Broyer M., Palpant B., Boisron O., Mélinon P. Optical properties of copper clusters embedded in alumina: An experimental and theoretical study of size dependence // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. № 16. P. 165409.
11. Pinchu A., Hilger A., von Plessen G., Kreibig U. Substrate effect on the optical response of silver nanoparticles // Nanotechnology. 2004. V. 15. № 12. P. 1890–1897.
12. Anderson T.S., Magruder R.H., Wittig J.E., Kinser D.L., Zuh R.A. Fabrication of Cu-coated Ag nanocrystals in silica by sequential ion implantation // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B. 2000. V. 171. № 3. P. 401–405.
13. Yang X.C., Liu H.X., Li L.L., Zhao J.F., Huang M. Review on influence factors of surface plasmon resonance for noble metal nanoparticles // Chin. J. Funct. Mater. 2010. V. 2. P. 341.
14. Link S., El-Sayed M.A. Spectral properties and relaxation dynamics of surface plasmon electronic oscillations in gold and silver nanodots and nanorods // J. Phys. Chem. B. 1999. V. 103. P. 8410–8426.
15. Andrews M.P., O’Brien S.C. Gas-phase “molecular alloys” of bulk immiscible elements: Iron-silver (FexAgy) // J. Phys. Chem. 1992. V. 96. P. 8233–8241.
16. Yasuda H., Mitsuishi K., Mori H. Particle-size dependence of phase stability and amorphouslike phase formation in nanometer-sized Au-Sn alloy particles // Phys. Rev. B. 2001. V. 64. P. 94101.
17. Boyen H.G., Ethirajan A., Kastle G., Weigl F., Ziemann P., Schmid G., Garnier M.G., Buttner M., Oelhafen P. Alloy formation of supported gold nanoparticles at their transition from clusters to solids: Does size matter? // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94. P. 16804.
18. Shibata T., Bunker B.A., Zhang Z., Meisel D., Vardeman C.F., Gezelter J.D. Size-dependent spontaneous alloying of Au-Ag nanoparticles // J. Am. Chem. Soc. 2002. V. 124. P. 11989–11996.
19. Yang J., Lee J.Y., Too H.P. Core-shell Ag-Au nanoparticles from replacement reaction in organic medium // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109. P. 19208–19212.
20. Pustovalov V.K., Fritzsche W. Nonlinear dependences of optical properties of spherical core-shell silver-gold and gold-silver nanoparticles on their parameters // Plasmonics. 2013. V. 8. P. 983–993.
21. Sonay A.Y., Caglayan A.B., Culha M. Synthesis of peptide mediated Au core-Ag shell nanoparticles as surfaceenhanced Raman scattering labels // Plasmonics. 2012. V. 7. P. 77–86.
22. Qian L., Yang X. Preparation and characterization of Ag(Au) bimetallic core-shell nanoparticles with new seed growth method // Colloids Surf. A. 2005. V. 260. P. 79–85.
23. Bruzzone S., Malvaldi M., Arrighini G.P., Guidotti C. Near-field and far-field scattering by bimetallic nanoshell systems // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. P. 11050–11054.

24. Xu X.B., Yi Z., Li X.B., Wang Y.Y., Geng X., Luo J.S., Luo B.C., Yi Y.G., Tang Y.J. Discrete dipole approximation simulation of the surface plasmon resonance of core/shell nanostructure and the study of resonance cavity effect // J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. P. 24046–24053.
25. Zhu J., Zhang F., Li J.J., Zhao J.W. Optimization of the refractive index plasmonic sensing of gold nanorods by non-uniform silver coating // Sensors Actuators B. 2013. V. 183. P. 556–564.
26. Sekhon J.S., Malik H.K., Verma S.S. DDA simulations of noble metal and alloy nanocubes for tunable optical properties in biological imaging and sensing // RSC Adv. 2013. V. 3. P. 15427–15434.
27. Saha A., Basiruddin S.K., Sarkar R., Pradhan N., Jana N.R. Functionalized plasmonic-fluorescent nanoparticles for imaging and detection // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 18492–18498.
28. Xu Q., Liu F., Liu Y., Cui K., Feng X., Zhang W., Huang Y. Broadband light absorption enhancement in dyesensitized solar cells with Au-Ag alloy popcorn nanoparticles // Sci. Rep. 2013. V. 3. P. 2112.
29. Jiang R.B., Chen H.J., Shao L., Li Q., Wang J.F. Unraveling the evolution and nature of the plasmons in (Au core)-(Ag shell) nanorods // Adv. Mater. 2012. V. 24. P. OP200–OP207.
30. Zhu J., Zhang F., Li J.J., Zhao J.W. The effect of nonhomogeneous silver coating on the plasmonic absorption of Au-Ag core-shell nanorod // Gold. Bull. 2013. V. 47. № 1–2. P. 47–55.
31. Zhu J. Surface plasmon resonance from bimetallic interface in Au-Ag core-shell structure nanowires // Nanoscale Res. Lett. 2009. V. 4. P. 977–981.
32. Pena-Rodriguez O., Pal U. Au/Ag core-shell nanoparticles: efficient all-plasmonic Fano-resonance generators // Nanoscale. 2011. V. 3. P. 3609.
33. Chen Y., Wu H., Li Z., Wang P., Yang L., Fang Y. The study of surface plasmon in Au/Ag core/shell compound nanoparticles // Plasmonics. 2012. V. 7. P. 509–513.
34. Zhu J., Li J.J., Zhao J.W. The study of surface plasmon resonance in Au-Ag-Au three-layered bimetallic nanoshell: The effect of separate Ag layer // Plasmonics. 2014. V. 9. P. 435–441.
35. Zhu J., Li J.J., Yuan L., Zhao J.W. Optimization of three-layered Au-Ag bimetallic nanoshells for triple-bands surface plasmon resonance // J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. P. 11734–11740.
36. Tervonen A., West B.R., Honkanen S. Ion-exchanged glass waveguide technology: A review // Opt. Eng. 2011. V. 50. P. 071107.
37. Kumar S., Rahman D.S., Ali A.L., Kalita A. Surface plasmon tunability and emission sensitivity of ultrasmall fluorescent copper nanoclusters // Plasmonics. 2013. V. 8. P. 1457.
38. Santillán J.M.J., Videla F.A., Scaffardi L.B., Schinca D.C. Plasmon spectroscopy for subnanometric copper particles: Dielectric function and core-shell sizing // Plasmonics. 2013. V. 8. P. 341.
39. Dubrovin V.D., Ignatiev A.I., Nikonorov N.V., Sidorov A.I., Shakhverdov T.A., Agafonova D.S. Luminescence of silver molecular clusters in photo-thermo-refractive glasses // Opt. Mater. 2014. V. 36. P. 753–759.
40. Kriebig U., Vollmer M. Optical properties of metal clusters. Berlin: Springer-Verlag, 1995.
41. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 664 с.
42. Золотарев В.М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В. Оптические постоянные природных и технических сред. Справочник. Л.: Химия, 1984. 216 с.