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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Physik  → Experimentalphysik / Cluster und Nanostrukturen  → Dissertationen 

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http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2009071428751

Titel: Preparation and applications of periodical gold nanoparticle arrays
Autor(en): Morarescu, Rodica
Schlagworte (SWD): GoldNanopartikelNanolithographieLaserstrahlung
Klassifikation (DDC): 530 - Physik (Physics)
Erscheinungsdatum: 14-Jul-2009
Zusammenfassung: Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Anwendungen von periodischen Goldnanopartikel-Arrays (PPAs), die mit Hilfe von Nanosphären-Lithografie hergestellt wurden. In Abhängigkeit der verwendeten Nanosphären-Größe wurden dabei entweder kleine dreieckige Nanopartikel (NP) (bei Verwendung von Nanosphären mit einem Durchmesser von 330 nm) oder große dreieckige NPD sowie leicht gestreckte NP (bei Verwendung von Nanosphären mit einem Durchmesser von 1390 nm) hergestellt. Die Charakterisierung der PPAs erfolgte mit Hilfe von Rasterkraftmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und optischer Spektroskopie. Die kleinen NP besitzen ein Achsverhältnis (AV) von 2,47 (Kantenlänge des NPs: (74+/-6) nm, Höhe: (30+/-4) nm. Die großen dreieckigen NP haben ein AV von 3 (Kantenlänge des NPs:(465+/-27) nm, Höhe: (1530+/-10) nm) und die leicht gestreckten NP (die aufgrund der Ausbildung von Doppelschichten ebenfalls auf der gleichen Probe erzeugt wurden) haben eine Länge von (364+/-16)nm, eine Breite von (150+/-20) nm und eine Höhe von (150+/-10)nm. Die optischen Eigenschaften dieser NP werden durch lokalisierte Oberflächenplasmon-Polariton Resonanzen (LPPRs) dominiert, d.h. von einem eingestrahlten elektromagnetischen Feld angeregte kollektive Schwingungen der Leitungsbandelektronen. In dieser Arbeit wurden drei signifikante Herausforderungen für Plasmonik-Anwendungen bearbeitet, welche die einzigartigen optischen Eigenschaften dieser NP ausnutzen. Erstens wurden Ergebnisse der selektiven und präzisen Größenmanipulation und damit einer Kontrolle der interpartikulären Abstände von den dreieckigen Goldnanopartikel mit Hilfe von ns-gepulstem Laserlicht präsentiert. Die verwendete Methode basiert hierbei auf der Größen- und Formabhängigkeit der LPPRs der NP. Zweitens wurde die sensorischen Fähigkeiten von Gold-NP ausgenutzt, um die Bildung von molekularen Drähten auf den PPAs durch schrittweise Zugabe von unterschiedlichen molekularen Spezies zu untersuchen. Hierbei wurde die Verschiebung der LSPPR in den optischen Spektren dazu ausgenutzt, die Bildung der Nanodrähte zu überwachen. Drittens wurden Experimente vorgestellt, die sich die lokale Feldverstärkung von NP zu nutze machen, um eine hochgeordnete Nanostrukturierung von Oberflächen mittels fs-gepulstem Laserlicht zu bewerkstelligen. Dabei zeigt sich, dass neben der verwendeten Fluenz die Polarisationsrichtung des eingestrahlten Laserlichts in Bezug zu der NP-Orientierung sowie die Größe der NP äußerst wichtige Parameter für die Nanostrukturierung darstellen. So konnten z.B. Nanolöcher erzeugt werden, die bei höheren Fluenzen zu Nanogräben und Nanokanälen zusammen wuchsen. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit gewonnen Ergebnisse von enormer Wichtigkeit für weitere Anwendungen sind.This work focuses on the preparation and applications of periodical gold nanoparticle arrays (PPAs). In brief, such nanoparticle (NP) arrays were prepared by nanosphere lithography (NSL). Depending on the size of the nanospheres used as a mask either small triangular NPs (by using nanospheres with a diameter of 330 nm), or large triangular and slightly elongated NPs (by using nanospheres with a diameter of 1390 nm) have been prepared. The PPAs were characterized by atomic force microscopy, scanning electron microscopy and optical spectroscopy. The small triangular NPs have an aspect ratio (AR) of 2.47 (edge length of the NP: (74+/-6) nm, height (30+/-4) nm). The large triangular NPs have an AR of 3 (edge length: (465+/-27) nm, height: (150+/-10) nm) and the slightly elongated particles (which have been formed due to the double layer formation on the same sample) are (364+/-16) nm in length, have a width of (150+/-20) nm and a height of (150+/-10) nm. The optical properties of these NPs are dominated by localized surface plasmon polariton resonances (LSPPRs), i.e., collective oscillations of the conduction band electrons, driven by an incident electromagnetic field. This thesis addresses three significant challenges for plasmonic applications, exploiting the superior optical properties of these NPs. At first, results on selective and precise shape tailoring and thus on controlling the interparticle distance of triangular gold NPs using nanosecond pulsed laser light are presented. The method is based on the size and shape dependent LSPPRs of the NPs. Second, the sensing ability of the gold NPs has been used to investigate the formation of molecular wires on PPAs by a step by step attachment of different molecular species. Hence, the shift of the LSPPRs in the optical spectra has been employed to monitor the nanowire fabrication. And finally, experiments to prepare highly ordered nanostructures in surfaces with femtosecond pulsed laser light exploiting the strongly enhanced near field of triangular gold NPs are presented. The crucial parameters for these experiments, besides the applied fluences, are the polarization direction of the incoming laser light with respect to the triangular NPs orientation and the size of the NPs. For example, elongated holes have been generated in the substrates, which for high fluences merge together and form nanogrooves and nanochannels. In conclusion, all of the obtained results in this thesis are of a tremendous importance for further applications.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2009071428751
Sammlung(en):Dissertationen

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