В настоящее время широко ведутся работы по получению и модификации наночастиц. Перспективным направлением является лазерная абляция в жидкости. Она обеспечивает получение разнообразных наночастиц, как за счет многообразия используемых исходных материалов, так и путем варьирования условий проведения эксперимента. Морфология, размер и структура частиц оказывают непосредственное влияние на их плазмонно-резонансные оптические свойства. При этом потребности развития нанотехнологий требуют создания новых типов наноматериалов, совершенствования методов их получения. Для этого необходимо более глубокое понимание процессов, происходящих при различных вариантах лазерной абляции.
Разработанный технологический процесс термоплазмонного лазерно-индуцированного жидкостного травления сапфира весьма интересен для создания компонентной базы различных направлений плазмоники. Формируемый при его осуществлении нанометровый слой серебра может быть использован при изготовлении аналогов канальных и/или цепочечных плазмонных волноводов, а также структур для плазмонной микрофлюидики. Управление оптическими свойствами наночастиц серебра посредством вариации технологических параметров и последующей термической обработки делает их особенно перспективными, например, для создания различных типов плазмонных сенсоров.
Учеными ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН проведены исследования наночастиц и наноагрегатов, образующихся в процессе термоплазмонного лазерно-индуцированного жидкостного травления сапфира. В ходе эксперимента были использованы методы электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа.
Показано, что при реализации указанного процесса в результате генерации и последующей модификации наночастиц формируются разнообразные плазмонные структуры:
- Кристаллические наноагломераты серебра;
- Гибридные структуры, образующиеся в результате взаимодействия продуктов разложения сапфира с наночастицами серебра (рис.1 и 2).
Рассмотрены возможные пути создания и модификации наноматериалов в зависимости от локализации термоплазмонного процесса в пространстве и времени.
Рис. 1. Наночастицы серебра в в матрице оксида алюминия.
Исследована поверхность каналов в растровом и просвечивающем электронных микроскопах, а также спектр гибридных плазмонных структур, образованных на поверхности сапфира и в растворах нитрата серебра в результате лазерного термоплазмонного воздействия (рис.3).
Рис. 2. Изображение отдельной частицы Ag: (a) общий вид; (b) увеличенное изображение двойников и соответствующая Фурье-дифрактограмма.
Рис. 3. Поперечный срез канала, образованного в процессе термоплазмонного лазерно-индуцированного жидкостного травления сапфира.
Публикации:
1. O.M. Zhigalina, D.N. Khmelenin, A.V. Atanova, A.P. Sviridov, M.Yu. Tsvetkov. From nanoparticles generation to nanostructures diversity at thermoplasmonics laser-induced backside wet etching of sapphire. // Applied Surface Science, 2021, V. 536, P. 147837.
2. O.M. Zhigalina, D.N. Khmelenin, A.V. Atanova, N.V. Minaev, A.P. Sviridov, M.Yu. Tsvetkov. A Nanoscale Modification of Materials at Thermoplasmonic Laser-Induced Backside Wet Etching of Sapphire. // Plasmonics, 2020, V. 1389, P. 012086.