Анализ плазмонных свойств наночастиц Ag
Ю.Я. Гафнер, А.А. Череповская, Д.А. Рыжкова
ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.615
Обзор
Аннотация: В представленной работе изучены некоторые особенности применения металлических наночастиц в плазмонике, а также методы их синтеза. Оценка экспериментальных данных по возможному улучшению технических характеристик светодиодов (LED, QLED, OLED) позволяет сказать, что одним из таких путей будет включение в активный слой металлических наночастиц для использования их в поверхностном плазмонном резонансе. Однако интенсивность такого резонанса зависит от многих факторов, основными из которых являются форма и размер плазмонной наночастицы. Традиционными материалами здесь являются Ag, Au и Cu, но поскольку в последнее время удалось добиться устойчивого синтеза широкого спектра наноструктур только для Au и Ag, то именно эти химические элементы и, возможно, сплавы на их основе, являются наиболее перспективными для использования в плазмонике материалами. На основе проведенного анализа был сделан вывод, что на основе контроля размера, формы, химического состава и внутреннего строения Ag наночастиц, светом можно эффективно управлять с беспрецедентной точностью и поэтому определение этих характеристик отдельных металлических Ag наночастиц представляет большой интерес для исследования их возможного оптического отклика.
Ключевые слова: серебро, наночастицы, структура, плазмоника, синтез, газовая фаза
- Гафнер Юрий Яковлевич – д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой математики, физики и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
- Череповская Арина Александровна – магистрант направления подготовки «Современные цифровые технологии в образовании», ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
- Рыжкова Дарья Антоновна – старший преподаватель кафедры математики, физики и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
Ссылка для цитирования:
Гафнер, Ю.Я. Анализ плазмонных свойств наночастиц Ag / Ю.Я. Гафнер, А.А. Череповская, Д.А. Рыжкова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 615-626. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.615. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Гафнер, Ю.Я. Анализ процессов структурообразования малых кластеров серебра с целью применения их в плазмонике. / Ю.Я. Гафнер, С.Л. Гафнер, Л.В. Редель // Расплавы. – 2019. – 3. – С. 243-257. DOI: 10.1134/S0235010619030058
2. Humbert, Ch. Sum-frequency generation spectroscopy of plasmonic nanomaterials: a review / Ch. Humbert, Th. Noblet, L. Dalstein et al. // Materials. – 2019. – V. 12. – I. 5. – Art. no. 836.22 p. DOI: 10.3390/ma12050836.
3. Horta-Fraijo, P. Ultra-small Ag clusters in zeolite A4: Antibacterial and thermochromic applications / P. Horta-Fraijo, M. Cortez-Valadez, R.B. Hurtado et. al. // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. – 2017. – V. 97. – P. 111-119. DOI: 10.1016/j.physe.2017.10.003.
4. Mantri, Y. Engineering plasmonic nanoparticles for enhanced photoacoustic imaging / Y. Mantri, J.V. Jokerst // ACS Nano. – 2020. – V. 14. – I. 8. – P. 9408-9422. DOI: 10.1021/acsnano.0c05215.
5. Han, X. Plasmonics for biosensing / X. Han, K. Liu, Ch. Sun // Materials. – 2019. – V. 12. – I. 9. – Art. no. 1411.– 24 p. DOI: 10.3390/ma12091411.
6. Akbarzadeh, H. Molecular dynamics simulations of silver nanocluster supported on carbon nanotube / H. Akbarzadeh, H. Yaghoubi // Journal of Colloid and Interface Science. – 2014. – V. 418. – P. 178-184. DOI: 10.1016/j.jcis.2013.12.006.
7. Hua, D. A Mini review on controlling the size of Ag nanoclusters by changing the stabilizer to Ag ratio and by changing DNA sequence / D. Hua, Y. Hongtao // Advances in Natural Science. – 2015. – V. 8. – № 2. – P. 1-9. DOI: 10.3968/7242.
8. Kuznetsov, A.S. Effect of heat-treatment on luminescence and structure of Ag nanoclusters doped oxyfluorideglasses and implication for fiber drawing / A.S. Kuznetsov, Ngo T. Cuong, V.K. Tikhomirov et.al. // Optical Materials. – 2012. – V. 34. – I. 4. – P. 616-621. DOI: 10.1016/j.optmat.2011.09.007.
9. D'Orlando, A. AFM-nano manipulation of plasmonic molecules used as «Nano-lens» to enhance Raman of individual nano-objects / A. D'Orlando, M. Bayle, G. Louarn et. al. // Materials. – 2019. – V. 12. – I. 9. – Art. no. 1372.– 14 p. DOI: 10.3390/ma12091372.
10. Dhoubhadel, M.S. Investigation of structural and optical properties of Ag nanoclusters formed in Si(100) after multiple iplantations of low-energies Ag ions and post-thermal annealing at a temperature below the Ag-Si eutectic point / M.S. Dhoubhadel, B. Rout, W.J. Lakshantha et. al. // AIP Conference Proceedings. – 2014. – V. 1607. – I. 1. – P. 16-23. DOI: 10.1063/1.4890698.
11. Rossi, T.P. Hot-carrier generation in plasmonicnanoparticles: The importance of atomic structure / T.P. Rossi, P. Erhart, M. Kuisma // ACS Nano. – 2020. – V. 14. – I. 8. – P. 9963-9971. DOI: 10.1021/acsnano.0c03004.
12. Strobel, R. Flame aerosol synthesis of smart nanostructured materials / R. Strobel, S.E. Pratsinis // Journal of Materials Chemistry. – 2007. – V. 17. – I. 45. – P. 4743-4756. DOI: 10.1039/b711652g.
13. Prunier, H. New insights into the mixing of gold and copper in a nanoparticle from a structural study of Au-Cu nanoalloys synthesized via wet chemistry method and pulsed laser deposition / H. Prunier, J. Nelayah, Ch. Ricolleau et. al. // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2015. – V. 17. – I. 42. – P. 28339-28346. DOI: 10.1039/c5cp01491c.
14. Manninen, N.K. Production and characterization of Ag nanoclusters produced by plasma gas condensation / N.K. Manninen, N.M. Figueiredo, S. Carvalho et. al. // Plasma Processes and Polymers. – 2014. – V. 11. – I. 7. – P. 629-638. DOI: 10.1002/ppap.201300175.
15. López-Olmos, C. Continuous gas-phase condensation of bioethanol to 1-butanol over bifunctional Pd/Mg and Pd/Mg-carbon catalysts / C. López-Olmos, M.V. Morales, A. Guerrero-Ruiz et. al. // ChemSusChem. – 2018. – V. 11. – I. 19. – P. 3502-3511. DOI: 10.1002/cssc.201801381.
16. Chepkasov, I.V. Changing of the shape and structure of Cu nanoclusters generated from a gas fhase: MD simulations / I.V. Chepkasov, Yu.Ya. Gafner, S.L. Gafner // Journal of Aerosol Science. – 2016. – V. 91. – P. 33-42. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2015.09.004.
17. Yang, H. Condensation and dissociation rates for gas phase metal clusters from molecular dynamics trajectory calculations / H. Yang, E. Goudeli, C.J. Hogan // The Journal of Chemical Physics. – 2018. – V. 148. – I. 16. – P.164304-1-164304-11. DOI: 10.1063/1.5026689.
18. Stötzel, C. Gas phase condensation of superparamagnetic iron oxide-silica nanoparticles – control of the intraparticle phase distribution / C. Stötzel, H.-D. Kurland, J. Grabow et. al. // Nanoscale. – 2015. – V. 7. – I. 17. – P. 7734-7744. DOI: 10.1039/c5nr00845j.
19. Hernández-Giménez, A.M. Operando spectroscopy of the gas-phase aldol condensation of propanal over solid base catalysts / A.M. Hernández-Giménez, J. Ruiz-Martínez, B. Puértolas et. al. // Topics in Catalysis. – 2017. – V. 60. – I. 19-20. – P. 1522-1536. DOI: 10.1007/s11244-017-0836-7.
20. Attia, Y.A. Structure-directing and high-efficiency photocatalytic hydrogen production by Ag clusters / Y.A. Attia, D. Buceta, C. Blanco-Varela et. al. // Journal of the American Chemical Society. – 2014. – V. 136. – I. 4. – P. 1182-1185. DOI: 10.1021/ja410451m.
21. Gellé, A. Applications of plasmon-enhanced nanocatalysis to organic transformations / A. Gellé, T. Jin, L. de la Garza et. al. // Chemical Reviews. – 2020. – V. 120. – I. 2. – P. 986-1041. DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00187.
22. Wilcoxon, J.P. Synthesis, structure and properties of metal nanoclusters / J.P. Wilcoxon, B.L. Abrams // Chemical Society Reviews. – 2006. – V. 35. – I. 11. – P. 1162-1194. DOI: 10.1039/b517312b.
23. Wang, L. Optical properties and applications of plasmonic-metal nanoparticles / L. Wang, M.H. Kafshgari, M. Meunier // Advanced Functional Materials. – 2020. – V. 30. – Art. no. 2005400. – 28 p. DOI: 10.1002/adfm.202005400.
24. Engemann, D.Ch. Preformed 2 nm Ag clusters deposited into ionic liquids: Stabilization by cation-cluster interaction / D.Ch. Engemann, S. Roese, H. Hövel // The Journal of Physical Chemistry C. – 2016. – V. 120. – I. 11. – P. 6239-6245. DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b12120.
25. Numazawa, S. Ordered Ag nanocluster structures by vapor deposition on pre-patterned SiO2 / S. Numazawa, M. Ranjan, K.-H. Heinig et. al. // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2011. – V. 23. – № 22. – Art. no. 222203. – 5 p. DOI: 10.1088/0953-8984/23/22/222203.
26. Liu, J. Recent advances of plasmonic nanoparticles and their applications / J. Liu, H. He, D. Xiao et. al. // Materials. – 2018. – V. 11. – I. 10. –Art. no. 1833. – 21 p. DOI: 10.3390/ma11101833.
27. Márquez, A. Terahertz response of plasmonic nanoparticles: Plasmonic Zeeman effect / A. Márquez, R. Esquivel-Sirvent // Optics Express. – 2020. – V. 28. – I. 26. – P. 39005-39016. DOI: 10.1364/OE.412585.
28. Padmos, J.D. Structure of tiopronin-protected silver nanoclusters in a one-dimensional assembly / J.D. Padmos, R.T.M. Boudreau, D.F. Weaver et. al. // The Journal of Physical Chemistry C. – 2015. – V. 119. – I. 43. – P. 24627-24635. DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b07426.
29. Roese, S. PDMS embedded Ag clusters: Coalescence and cluster-matrix interaction / S. Roese, D. Engemann, S. Hoffmann et. al. // Journal of Physics: Conference Series. – 2016. – V. 712. – Art. no. 012068. – 4 p. DOI: 10.1088/1742-6596/712/1/012068.
30. Novikov, S.M. Highly stable monocrystalline silver clusters for plasmonic applications / S.M. Novikov, V.N. Popok, A.B. Evlyukhin et. al. // Langmuir. – 2017. – V. 33. – I. 24. – P. 6062-6070. DOI:10.1021/acs.langmuir.7b00772.
31. Copp, S.M. Cluster plasmonics: Dielectric and shape effects on DNA-stabilized silver clusters / S.M. Copp, D. Schultz, S.M. Swasey et. al. // Nano Letters. – 2016. – V. 16.– I. 6. – P. 3594-3599. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00723.
32. Rycenga, M. Controlling the synthesis and assembly of silver nanostructures for plasmonic applications / M. Rycenga, C.M. Cobley, J. Zeng et. al. // Chemical Reviews. – 2011. – V. 111. – I. 6. – P. 3669-3712. DOI: 10.1021/cr100275d.
33. Nelli, D. Two-steps versus one-step solidification pathways of binary metallic nanodroplets / D. Nelli, El Yakout El Koraychy, M. Cerbelaud et. al. // ACS Nano. – 2023. – V. 17. – I. 1. – pp. 587-596. DOI: 10.1021/acsnano.2c09741.
34. Rapetti, D. Optimizing the shape and chemical ordering of nanoalloys with specialized walkers / D. Rapetti, C. Roncaglia, R. Ferrando // Advanced Theory and Simulations. – 2023. – V. 6. – I. 9. – Art. no. 2300268. – 13 p. DOI: 10.1002/adts.202300268.