en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-01-3-13
УДК: 535.3
Синтез и оптические свойства гибридных наноструктур на основе плазмонных наночастиц серебра и нитевидных нанокристаллов InGaN
Полный текст на elibrary.ru
Шугабаев Т., Гридчин В.О., Мельниченко И.А., Лендяшова В.В., Новикова К.Н., Котляр К.П., Кулагина А.С., Крыжановская Н.В., Цырлин Г.Э. Синтез и оптические свойства гибридных наноструктур на основе плазмонных наночастиц серебра и нитевидных нанокристаллов InGaN // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 1. С. 3–13. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-01-3-13
Shugabaev T., Gridchin V.O., Melnichenko I.A., Lendyashova V.V., Novikova K.N., Kotlyar K.P., Kulagina A.S., Kryzhanovskaya N.V., Cirlin G.E. Synthesis and optical properties of hybrid nanostructures based on plasmonic silver nanoparticles and InGaN nanowires [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 1. P. 3–13. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-01-3-13
Предмет исследования. Интеграция нитевидных нанокристаллов нитрида индия-галлия InGaN c серебряными наночастицами и исследование фотолюминесцентных свойств полученных гибридных наноструктур. Цель работы. Улучшение люминесцентных характеристик нитевидных нанокристаллов InGaN с помощью декорирования их поверхности коллоидными наночастицами серебра. Метод. Синтез серебряных наночастиц различных размеров и наночастиц со структурой ядро/оболочка серебро/оксид кремния осуществлялся методом коллоидной химии. Нитевидные нанокристаллы InGaN получены технологией молекулярно-пучковой эпитаксии. Морфология и размеры полученных образцов исследовались методом растровой электронной микроскопии. Изучение оптических свойств осуществлялось спектральными методами. Основные результаты. Продемонстрировано красное смещение длины волны локализованного плазмонного резонанса наночастиц при увеличении диаметра и пассивации поверхности наночастиц оболочкой оксида кремния. Синтезированы нитевидные нанокристаллы со спонтанно образованной структурой ядро-оболочка InGaN/GaN, обладающие фотолюминесценцией при комнатной температуре в желто-оранжевой области спектра. Впервые показано, что осаждение коллоидных наночастиц серебро/оксид кремния на поверхность нитевидных нанокристаллов InGaN приводит к возрастанию интенсивности фотолюминесценции исходных структур в 2,2 раза. Практическая значимость. Нитевидные нанокристаллы InGaN являются перспективными твердотельными наноструктурами для создания светоизлучающих устройств видимого спектра, интегрированных с кремниевой платформой. Создание гибридных наноструктур на основе нитевидных нанокристаллов InGaN и наночастиц серебра является одним из методов повышения эффективности люминесценции исходных нитевидных нанокристаллов. В частности, предложенная в данной работе гибридная наноструктура может быть использована для создания субволновых лазеров с оптической накачкой на основе нитевидных нанокристаллов InGaN.
нитевидные нанокристаллы, нитрид индия-галлия, наночастицы серебра, гибридные наноструктуры, плазмоника, увеличение интенсивности фотолюминесценции
Благодарность:работа по росту структур выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования в части Государственного задания № 0791-2023-0004. Исследования структурных свойств образцов выполнены при финансовой поддержке Санкт-Петербургского государственного университета в рамках исследовательского гранта № 94033852. Синтез наночастиц и моделирование выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект 075-15-2021-1349). Исследования оптических свойств осуществлено в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ.
Коды OCIS: 160.4236, 160.2540, 160.4760
Список источников:1. Дубровский В.Г., Цырлин Г.Э., Устинов В.М. Полупроводниковые нитевидные нанокристаллы: синтез, свойства, применения. Обзор // Физика и техника полупроводников. 2009. Т. 43. № 12. С. 1585–1628.
Dubrovskii V.G., Cirlin G.E., Ustinov V.M. Semiconductor nanowhiskers: Synthesis, properties, and applications // Semiconductors. 2009. V. 43. № 12. Р. 1539–1584. http://dx.doi.org/10.1134/S106378260912001X
2. Gridchin V.O., Kotlyar K.P., Reznik R.R., et al. Multi-colour light emission from InGaN nanowires monolithically grown on Si substrate by MBE // Nanotechnology. 2021. V. 32. № 33. P. 335604. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac0027
3. Pan X., Hong H., Deng R., et al. In desorption in InGaN nanowire growth on Si generates a unique light emitter: From In-rich InGaN to the intermediate core-shell InGaN to pure GaN // Cryst. Growth Des. 2023. V. 23. № 33 P. 6130–6135. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.3c00622
4. Liu W., Li Z., Jia H., et al. Shell surface sulfidation mediated the plasmonic response of Au@Ag NPs for colorimetric sensing of sulfide ions and sulfur // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 481. P. 678–683. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.175
5. Pan Z., Yang J., Song W., et al. Au@Ag nanoparticle sensor for sensitive and rapid detection of glucose // New J. Chem. 2021. V. 45. № 6. P. 3059–3066. https://doi.org/10.1039/D0NJ04489J
6. Guo Y., Li D., Zheng S., et al. Utilizing Ag–Au core-satellite structures for colorimetric and surfaceenhanced Raman scattering dual-sensing of Cu (II) // Biosens. Bioelectron. 2020. V. 159. P. 112192. https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112192
7. Husen A. Medicinal plant-product based fabrication nanoparticles (Au and Ag) and their anticancer effect. Plants that fight Cancer, 2nd edn. Taylor & Francis/CRC Press, 2019. P. 133–147.
8. Kalaivani R., Maruthupandy M., Muneeswaran T., et al. Synthesis of chitosan mediated silver nanoparticles (Ag NPs) for potential antimicrobial applications // Frontiers in Laboratory Medicine. 2018. V. 2. № 1. P. 30–35. https://doi.org/10.1016/j.flm.2018.04.002
9. Jia C., Li X., Xin N., et al. Interface-engineered plasmonics in metal/semiconductor heterostructures // Adv. Energy Mater. 2016. V. 6. № 17. P. 1600431. https://doi.org/10.1002/aenm.201600431
10. Pescaglini A., Iacopino D. Metal nanoparticle-semiconductor nanowire hybrid nanostructures for plasmon-enhanced optoelectronics and sensing // J. Mater. Chem. C. 2015. V. 3. № 45. P. 11785–11800. https://doi.org/10.1039/C5TC01820J
11. Gu X., Qiu T., Zhang W., et al. Light-emitting diodes enhanced by localized surface plasmon resonance // Nanoscale Res. Lett. 2011. V. 6. P. 1–12. https://doi.org/10.1186/1556-276X-6-199
12. Chen R., Li D., Hu H., et al. Tailoring optical properties of silicon nanowires by Au nanostructure decorations: Enhanced Raman scattering and photodetection // J. Mater. Chem. C. 2012. V. 116. № 7. P. 4416–4422. https://doi.org/10.1021/jp210198u
13. Shin D.Y., Kim T., Akyuz O., et al. Ag@SiO2-embedded InGaN/GaN nanorod array white light-emitting diode with perovskite nanocrystal films // J. Alloys Compd. 2022. V. 898. P. 162974. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.162974
14. Li H., Xia H., Wang D., et al. Simple synthesis of monodisperse, quasi-spherical, citrate-stabilized silver nanocrystals in water // Langmuir. 2013. V. 29. № 16. P. 5074–5079. https://doi.org/10.1021/la400214x
15. Матюшкин Л.Б., Перцова А., Мошников В.А. Усиление люминесценции квантовых точек вблизи слоя наночастиц Ag/SiO2 // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. № 8. С. 35–41. https://doi.org/10.21883/PJTF.2018.08.45964.17142
Matyushkin L.B., Pertsova A., Moshnikov V.A. Enhanced luminescence of quantum dots near a layer of Ag/SiO2 nanoparticles // Tech. Phys. Lett. 2018. V. 44. P. 331–333. https://doi.org/10.1134/S1063785018040211
16. Mine E., Yamada A., Kobayashi Y., et al. Direct coating of gold nanoparticles with silica by a seeded polymerization technique // J. Colloid Interface Sci. 2003. V. 264. № 2. P. 385–390. https://doi.org/10.1016/S0021-9797(03)00422-3
17. Сошников И.П., Котляр К.П., Резник Р.Р. и др. Особенности структурных напряжений в нитевидных нанокристаллах InGaN/GaN // Физика и техника полупроводников. 2021. Т. 55. № 9. С. 785–788. https://doi.org/10.21883/FTP.2021.09.51295.25
Soshnikov I.P., Kotlyar K.P., Reznik R.R., et al. Specific features of structural stresses in InGaN/GaN nanowires // Semiconductors. 2021. V. 55. № 10. P. 795–798. https://doi.org/10.1134/S1063782621090207
18. García M.A. Surface plasmons in metallic nanoparticles: Fundamentals and applications // J. Phys. D. 2011. V. 44. № 28. P. 283001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/44/28/283001
19. Johnson P.B., Christy R.W. Optical constants of the noble metals // Phys. Rev. B. 1972. V. 6. P. 4370.
20. Malitson I.H. Interspecimen comparison of the refractive index of fused silica // JOSA. 1965. V. 55. № 10. P. 1205–1209. https://doi.org/10.1364/JOSA.55.001205
21. Hohenester U. Nano and quantum optics. Berlin: Springer, 2020. 665 p.