.

Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Optical properties of colloidal gold nanoparticles implemented into a subsurface layer of fused silica

1,2Yu Zheng, K.S.Beloshenko2, S.Shulga2, R.Wojnarowska3, E.M.Sheregii3 and S.Prokhorenko3

1Qingdao University, 308 Ningxia Road, Qingdao, Shangdong, P. R. C, 266071, China
2School of Radio Physics, V. N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, Ukraine
3Center for Microelectronics and Nanotechnology, University of Rzeszow, Poland

Download this article

Abstract. We suggest a procedure for alloying a subsurface layer of optical fused silica with nanometre-sized Au granules. The alloying process involves two-stage heating of both a specimen base, using a gas burner, and a gold island film, using a CO2-laser beam with the parameters λ = 10.6 µm and P~20 W. We study the structural characteristics of the resulting alloy layer depending on the exposure time and identify the optical absorption bands at different stages of the implanting procedure. The plasma frequency of the gold nanoparticle matrix is determined, using the experimental optical spectra of our specimen.

Keywords: gold nanoparticles, quartz, nanostructures, thermostimulated implantation, interband transitions in metals

PACS: 42.25.Fx, 42.70.Ce, 61.46.-w, 71.55.Ak
UDC: 535.421
Ukr. J. Phys. Opt. 18 102-108
doi: 10.3116/16091833/18/2/102/2017
Received: 27.02.2017

Анотація. Запропоновано процедуру легування підповерхневого шару оптичного плавленого кварцу гранулами золота нанометрових розмірів. Процес легування включає двоступеневе нагрівання бази зразка за допомогою газового пальника і плівки з острівцями золота із використанням променя СО2-лазера з параметрами λ = 10,6 мкм і Р ~ 20 Вт. Досліджено структурні характеристики одержаного шару сплаву залежно від часу експозиції, а також ідентифіковано оптичні смуги поглинання на різних стадіях процедури імплантації. З використанням експериментальних оптичних спектрів нашого зразка визначено плазмову частоту матриці наночастинок золота.
REFERENCES
  1. Ageev L, Miloslavskii V and Makovetskii E, 2007. Coloring of silica glass with silver nanoparticles. Opt. Spectrosc. 102: 442–448. doi:10.1134/S0030400X07030198
  2. Miloslavsky V, Makovetsky E, Ageev L and Beloshenko K, 2009. Fused silica as a composite nanostructured material. Opt. Spectrosc. 107: 811–815. doi:10.1134/S0030400X09110204
  3. Hampe W, 1958. Beitrag zur deutung der anomalen optischen eigenschaften feinstteiliger metallkolloide in großer konzentration, Zeit. Phys. 152: 476–494. doi:10.1007/BF01327751
  4. Shklyarevskii I and Pakhmov P, 1973. Separation of the contribution of free and bound electrons into real and imaginary parts of the dielectric constant of gold. Opt. Spectrosc. 34: 163–166.
  5. Shklyarevskii I, Pakhmov P and Korneeva T, 1973. Plasma resonance in granular silver and gold films. Opt. Spectrosc. 34: 729–736.
  6. Nahal A, Khalesifard H R M and Mostafavi-Amjad J, 2004. Photothermal-induced dichroism and micro-cluster formation in Ag+-doped glasses. Appl. Phys. B. 79: 513–518. doi:10.1007/s00340-004-1578-3
  7. Ageev L A, Miloslavsky V K, Makovetsky E D, Beloshenko K S and Stronsky A V, 2007. Thermostimulated implantation of nanoscaled Ag particles into a quartz glass using a CO2 laser beam. Functional Mater. 14: 24–31.
  8. Mostafavi A J and Khalesifard H R M, 2008. Micro-channels over the glass surface made by interaction of Ar+ laser beam and Ag+/Na+ ion-exchanged glasses. Int. J. Opt. Photon. 2: 39–42.
  9. Leco V and Mazurin O. Quartz glass properties. Leningrad: Nauka (1985).
  10. Gaussorgues G and Chomet S. Infrared thermography, Vol. 5. Springer Science & Business Media (2012).
  11. Hass G, Francombe M H and Hoffman R W. Physics of thin films: Advances in research and development. Elsevier (2013).
  12. Ageev L A, Beloshenko K S, Makovetsky E D and Miloslavsky V K, 2009. Implantation of periodic structures formed by silver particles into quartz glass. Opt. Spectrosc. 107: 796–802. doi:10.1134/S0030400X09110186
  13. Li B and Logan B E, 2004. Bacterial adhesion to glass and metal-oxide surfaces. Colloids and Surf. B: Biointerfaces. 36: 81–90. doi:10.1016/j.colsurfb.2004.05.006
  14. Chang R, Surface enhanced Raman scattering. Berlin: Springer Science & Business Media (2013).
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics