Ion beam shaping of embedded metallic nanoparticles for photonic applications
The swift heavy ion irradiation of metallic nanoparticles buried inside a material
can result in perfectly aligned nanorods. Within this nanofabrication process,
the shape, size, and orientation of the nanoparticles can be controlled in order to
tune their optical properties and build nanoscale optical devices. Towards this
scope, the metallic nanoparticles and their surrounding material play the most
important role. Earlier studies have only shown that initially spherical metallic
nanoparticles can transform to nanorods/nanowires, and gold in silica has been
the most studied system. This study focused on the impact of matrix material
properties and the nanoparticles geometric characteristics on the elongation. For
this reason, we used thin Si3N4 TEM windows grids as substrates in order to
track changes in the same nanoparticle prior and after the irradiation. Except for
spherical nanoparticles, nanorods were irradiated as well and different material
matrices and deposition techniques were used. By exploiting the differences in
SiO2 properties made by two different deposition techniques, we showed that
nanoparticles elongate more while embedded in ALD SiO2 than in PECVD SiO2.
In addition, the investigation of embedded nanorods in SiO2 showed that they
can be re-oriented to align along the ion beam direction depending on their initial
size and ion fluence. The same procedure was followed for spherical nanoparticles
embedded in ALD Al2O3 resulting in elongated nanoparticles with comparable
ratio as in ALD SiO2. Lastly, the optical characterization of the elongated
nanoparticles showed two characteristic localized surface plasmon modes (longitudinal
and transverse) confirming the potential use of the nanoparticle/matrix
system for photonic applications.
...
Säteilytettäessä materiaalin sisään hautautuneita metallisia nanopartikkeleita nopeilla raskasioneilla voidaan synnyttää täydellisesti samansuuntaisia nanosauvoja. Tässä nanovalmistusprosessissa nanopartikkeleiden muodolla, koolla ja suuntauksella voidaan säätää niiden optisia ominaisuuksia, ja näitä rakenteita voidaan hyödyntää nanomittakaavan optisissa laitteissa. Optisia ominaisuuksia räätälöitäessä metalliset nanopartikkelit ja niitä ympäröivä materiaali ovat tärkeimmässä roolissa. Aiemmin on osoitettu, että alun perin pallomaiset metalliset nanopartikkelit voivat muuttua nanosauvoiksi/nanolangoiksi, ja kultananopartikkelit piidioksidissa on ollut tutkituin yhdistelmä. Tässä tutkimuksessa keskityttiin tutkimaan matriisimateriaalin ominaisuuksien ja nanopartikkeleiden muodon vaikutuksia raskasionipommituksen aiheuttamassa venymisessä. Tästä syystä käytimme ohuita itsekantavia piinitridikalvoja substraatteina, ja seurasimme saman nanopartikkelin muodonmuutoksia ennen ja jälkeen säteilytyksen. Pallomaisten nanopartikkeleiden lisäksi säteilytettiin myös nanosauvoja haudattuina eri materiaalimatriiseihin. Havaitsimme esimerkiksi sen että materiaalin lisäksi myös piidioksidin kasvatusmenetelmä vaikuttaa nanopartikkeleiden venymiseen. Nanosauvat voitiin myös suunnata uudelleen
raskasionipommituksen avulla.
Pallomaisten nanopartikkeleiden havaittiin venyvän yhtä paljon atomikerroskasvatettuun alumiinioksidiin haudattuna kuin samalla menetelmällä kasvatettuun piidioksidiin haudattuna. Venyneiden nanorakenteiden optinen karakterisointi paljasti kaksi ominaista pintaplasmonimoodia (pitkittäis- ja poikittaissuuntainen), ja tämän havainnon perusteella näitä rakenteita voidaan periaatteessa hyödyntää fotonisissa sovelluksissa.
...
Publisher
Jyväskylän yliopistoISBN
978-951-39-9513-3ISSN Search the Publication Forum
2489-9003Contains publications
- Artikkeli I: Korkos, S., Jantunen, V., Arstila, K., Sajavaara, T., Leino, A., Nordlund, K., & Djurabekova, F. (2022). Nanorod orientation control by swift heavy ion irradiation. Applied Physics Letters, 120(17), Article 171602. DOI: 10.1063/5.0089028 . JYX: jyx.jyu.fi/handle/123456789/81106
- Artikkeli II: Korkos, S., Mizohata, K., Kinnunen, S., Sajavaara, T., & Arstila, K. (2022). Size dependent swift heavy ion induced Au nanoparticle elongation in SiO2 matrix. Journal of Applied Physics, 132(4), Article 045901. DOI: 10.1063/5.0099164. JYX: jyx.jyu.fi/handle/123456789/82494
- Artikkeli III: Korkos, S., Arstila, K., Tapio, K., Kinnunen, S., Toppari, J. J., & Sajavaara, T. (2023). Elongation and plasmonic activity of embedded metal nanoparticles following heavy ion irradiation. RSC Advances, 13(9), 5851-5858. DOI: 10.1039/D3RA00573A
Metadata
Show full item recordCollections
- JYU Dissertations [836]
- Väitöskirjat [3535]
License
Related items
Showing items with similar title or keywords.
-
DNA Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications
Piskunen, Petteri; Shen, Boxuan; Julin, Sofia; Ijäs, Heini; Toppari, Jussi J.; Kostiainen, Mauri A.; Linko, Veikko (MyJove Corp., 2019)Structural DNA nanotechnology provides a viable route for building from the bottom-up using DNA as construction material. The most common DNA nanofabrication technique is called DNA origami, and it allows high-throughput ... -
Application of 3D printed scavengers for improving the accuracy of single-particle inductively coupled plasma mass spectrometry analyses of silver nanoparticles by dissolved silver removal
Kinnunen, Virva; Frimodig, Janne; Perämäki, Siiri; Matilainen, Rose (Elsevier, 2023)The determination of silver nanoparticles (Ag NPs) with single-particle inductively coupled plasma mass spectrometry can be severely interfered with coexisting dissolved silver causing high background signals, which can ... -
The equivalent photon approximation in one- and two-photon exchange processes
Yrjänheikki, Sami (2022)Tässä opinnäytetyössä johdetaan ekvivalentti fotoniapproksimaatio ja siihen liittyvä ekvivalentti fotonijakauma yhden ja kahden fotonivaihdon prosesseissa helisiteettipohjaista menetelmää käyttäen kvanttikenttäteorian ... -
Adsorption and Activation of Water on Cuboctahedral Rhodium and Platinum Nanoparticles
Bazhenov, Andrey; Lefferts, Leon; Honkala, Karoliina (American Chemical Society, 2017)Rh and Pt are widely used as the components in heterogeneous catalysts for multiple industrial applications. Because the metals are typically in the form of nanoparticles in real catalysts, it is important to carefully ... -
Solid lipid nanoparticles from amphiphilic calixpyrroles
Helttunen, Kaisa; Galán, Albano; Ballester, Pablo; Bergenholtz, Johan; Nissinen, Maija (Elsevier Inc., 2016)Hypothesis Macrocyclic amphiphiles form interesting self-assembling structures, including solid lipid nanoparticles, which have potential applications in drug encapsulation. Aryl-extended calixpyrroles, which act as ...