Анализ излучения молекулярных слоев красителей и металлических наночастиц, перспективных для создания плазменных нанолазеров

1. Анализ излучения молекулярных слоев красителей и металлических наночастиц, перспективных для создания плазмонных нанолазеров

Университет ИТМО
факультет фотоники и оптоинформатики
Анализ излучения молекулярных слоев красителей и
металлических наночастиц, перспективных для
создания плазмонных нанолазеров
Волков Роман Олегович
участник конкурса докладов для поступления
в магистратуру Университета ИТМО
образовательная программа «12.04.03 Физика и технология
наноструктур»
Научный руководитель - Торопов Н.А., к. ф.-м. н., н. с.

2.

Коллоидные и планарные ансамбли плазмонных
нанолазеров
2
Рис. 1. Схема плазмонного нанолазера*
Рис. 2. Схема регистрации флуоресценции молекул красителя. 1 – Nd:YAG Laser,
2 – генератор третьей гармоники, 3 – аттенюатор, 4 – образец, 5 – коллиматор, 6 –
оптическое волокно, 7 – детектор, 8 – компьютер**
* Noginov M.A., et. al. // Nature. – 2009. – V. 460. – P. 1110-1113.
** Kamalieva A.N., et. al. // Proс. SPIE. – 2018. – V. 10672.

3.

Генерация
3
Рис. 3. Сравнение спектров
флуоресценции тонких пленок
кумарина с наночастицами (синяя
кривая) и без них (красная кривая)
при различных энергиях накачки.

4.

Цели и задачи
Цель работы:
Анализ излучения молекулярных слоев красителей (Флуорол 555,
DCM, Родамин 6Ж) и металлических наночастиц (золото, серебро).
Задачи, решенные в данной работе:
• Нанесение островковых пленок серебра и золота на кварцевые
подложки
• Покрытие металлических наночастиц тонким слоем диэлектрика
(ПММА)
• Нанесение на образцы слоев различных органических красителей
• Измерение спектров поглощения и спектров люминесценции
4

5.

Островковые металлические пленки. Влияние отжига
Ag 5нм №1
Ag 5нм №2
Ag 5нм №3
0,45
0,5
Оптическая плотность
Оптическая плотность
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
Ag 5нм №1
Ag 5нм №2
Ag 5нм №3
0,6
0,4
0,3
0,2
0,1
0,10
0,0
0,05
300
360
420
480
540
600
Длина волны, нм
660
720
780
300
360
420
480
540
600
Длина волны, нм
Рис. 4. Спектры оптической плотности островковых пленок серебра
с эквивалентной толщиной 5 нм до и после термического отжига
5

6.

СЭМ-изображение наночастиц
Рис. 5. СЭМ – изображение островковой пленки
золота эквивалентной толщиной 10 нм, полученной
методом высоковакуумного напыления в вакуумной
камере Kurt J. Lesker
6

7.

7
Нанесение красителей на образцы
DCM
Fluorol
Rhodamine 6G
Рис.
6.
а-в.
Нанесенные
на
наночастицы
золота
спиртовые
растворы красителя
Оптическая плотность
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
360
400
440
480
520
560
600
640
Длина волны, нм
Рис. 7. а-в. Нанесенные на наночастицы
серебра спиртовые растворы красителя
Рис. 8. Спектры оптической плотности спиртовых
растворов красителей

8.

8
Спектры поглощения наночастиц
Au 10 нм №1
Au 10 нм №2
Ag 10 нм №1
Ag 10 нм №2
Оптическая плотность
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
360
420
480
540
600
660
720
780
Длина волны, нм
Рис. 9. Спектры оптической плотности золотых и серебряных
островковых пленок эквивалентной толщины 10нм

9.

9
DCM
Au 10нм + ПММА + DCM
ПММА + DCM
1,0
80
Au 10нм + ПММА + DCM
ПММА+DCM
0,8
Интенсивность, у. е.
Оптическая плотность
70
0,6
0,4
60
50
40
30
20
0,2
10
360
420
480
540
600
Длина волны, нм
660
720
780
560
600
640
Длина волны, нм
Рис. 10. Спектры оптической плотности (слева) и люминесценции (справа)
образцов, покрытых красителем DCM c (черные линии) и без золотых
наночастиц (красные линии). Длина волны возбуждения 470нм, Em=Ex=5нм
680

10.

10
Родамин 6Ж
Ag 10нм + Rh6G
Au 10нм + Rh6G
Rhodamine 6G
Интенсивность, у. е.
1000
800
600
400
200
580
600
620
640
660
680
700
Длина волны, нм
Рис. 11. Спектры люминесценции образцов с красителем Родамин 6Ж: с
золотыми, серебряными наночастицами и без наночастиц. Длина волны
возбуждения 500 нм, Ex = 15нм, Em = 5нм

11.

11
Fluorol 555
Ag 10нм + Fluorol
Fluorol
Au 10нм + Fluorol
Au 10нм + Fluorol
Fluorol
Ag 10нм + Fluorol
1,0
Интенсивность, у. е.
Оптическая плотность
800
0,5
600
400
200
0,0
0
360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 760
Длина волны, нм
480
500
520
540
560
580
600
Длина волны, нм
Рис. 12. Спектры оптической плотности (слева) и люминесценции (справа)
подложки со слоем красителя Fluorol 555 и образцов на основе металлических
наночастиц. Длина волны возбуждения 450нм, Em = Ex = 3нм
620
640

12.

Выводы
12
• В случае с золотыми частицами и красителем DCM наблюдалось
усиление люминесценции органических молекул в ближнем поле
металлических наночастиц;
• В случае с красителем Родамин 6Ж в сравнении с серебром золото
явно эффективнее тушило люминесценцию молекул;
• Наблюдалось усиление флуоресценции у Fluorol 555. Причем
золотые наночастицы показали в разы большее усиление
флуоресценции, чем серебряные;
• В будущем предполагается исследование вынужденного излучения
данных образцов.

13.

13
Спасибо за внимание!