В настоящее время композиционные материалы, содержащие металлические наночастицы, рассматриваются как основа для создания новых фотонных сред с перспективой их применения в области оптоэлектроники и нелинейной оптики. При этом значительное внимание уделяется разработке методик контроля и управления размером металлических наночастиц. Это обусловлено тем, что такие их свойства, как квантовый размерный эффект, одноэлектронная проводимость и др., необходимые для различных приложений, наблюдаются до определенного размера частиц. Однако реальные образцы состоят из большого ансамбля частиц, и поэтому степень их разброса по размерам становится одним из основных параметров, определяющих оптические свойства композиционного материала. Одним из известных способов контролируемой модификации металлических наночастиц в диэлектрических средах является термический отжиг, который позволяет управлять размером частиц и распределением их по размерам путем их плавления. Недавно было показано, что для этой цели можно использовать лазерный отжиг.

Основной особенностью ранее проведенных экспериментов по лазерному отжигу сред с металлическими наночастицами является то, что лазерное воздействие осуществлялось на длинах волн, соответствующих спектральной области оптической прозрачности использованных диэлектрических матриц. Относительно недавно был предложен несколько иной режим лазерного отжига, при котором натрий-калиевое силикатное стекло с ионно-синтезированными металлическими наночастицами облучалось мощными импульсами эксимерного лазера на длине волны в области поглощения стекла. Именно этот подход применила группа исследователей под руководством Андрея Степанова в совместном эксперименте Казанского физико-технического института РАН и Лазерного центра Ганновера (Германия).

При использованных параметрах лазерного излучения образовывался жидкий расплав стекла с жидкими металлическими наночастицами, которые за время существования расплава частично растворялись в стекле. Благодаря очень быстрому охлаждению расплавленного слоя образовывался композиционный слой, представляющий собой метастабильный пересыщенный твердый раствор стекло – атомы металла (Ag) с включениями наночастиц серебра.

Представляет интерес исследовать влияние термического отжига на такой метастабильный композиционный слой с точки зрения изменения функции распределения наночастиц по размерам. Можно полагать, что термический отжиг такого композита способен привести к восстановлению наночастиц серебра с более узкой функцией распределения по размерам, по сравнению с имплантированным стеклом. Поэтому были проведены эксперименты по термическому отжигу образцов, которые предварительно подвергались лазерному отжигу. Основной вывод авторов заключается в том, что термический отжиг действительно ведет к заметному сужению функции распределения частиц по размерам, что имеет принципиальное значение в плане использования на практике ионно-лучевой технологии синтеза композиционных слоев и самих материалов в опто- и наноэлектронике.

Данная работа была поддержана ОФН РАН «Новые материалы и структуры» и РФФИ (№04–02–97505-р), а также Немецким научным фондом им. Александра Гумбольдта и Австрийским научным фондом по программе им. Лизы Майтнер.

Публикации совместных работ группы исследователей Казанского физико-технического института РАН и Лазерного центра Ганновера под руководством Андрея Степанова:

Laser annealing induced melting of silver nanoparticles in a glass matrix Free Preview

Fabrication Of Metal Nanoparticles In Polymers By Ion Implantation Free Preview

Модификация ионно-синтезированных наночастиц серебра в стекле мощным импульсами эксимерного лазера