PL - ITME

Efekt plazmoniczny w materiałach eutektycznych na przykładzie Bi2O3-Ag
Autor:
mgr Katarzyna Sadecka
Promotor:
dr hab. Dorota A. Pawlak, prof. ITME
Streszczenie
Przedmiotem pracy jest wykazanie oraz zbadanie właściwości plazmonicznych
materiału
eutektycznego tlenek bizmutu – srebro, Bi2O3-Ag, oraz zbadanie możliwości uzyskania wzmocnienia zjawisk
optycznych takich jak luminescencja, konwersja w górę czy generacja drugiej harmonicznej, z wykorzystaniem
rezonansu plazmonicznego.
W ramach niniejszej pracy doktorskiej materiał Bi2O3-Ag otrzymany został za pomocą metody
mikrowyciągania (ang. ‘micro-pulling down method’, μ-PD). Materiał ten charakteryzuje się trójwymiarową
mikro/nano- strukturą srebra w osnowie Bi2O3. Srebro znajduje się pomiędzy granicami ziaren Bi2O3,
w miejscu stykania się trzech ziaren Bi2O3 wydzielenia srebra przyjmują kształt o przekroju trójkątnym
w kierunku prostopadłym do kierunku wzrostu materiału. Pomiędzy dwoma ziarnami Bi2O3 faza srebra
występuje w postaci płytek o długości kilkudziesięciu mikrometrów i o nanometrycznej grubości.
Kluczowy rozdział pracy dotyczy demonstracji efektu plazmonicznego oraz wyjaśnienia pochodzenia
właściwości plazmonicznych. Po wygrzewaniu eutektyki Bi2O3-Ag dochodzi do utworzenia metalicznych
nanocząstek (srebra i bizmutu), które odpowiedzialne są za wystąpienie rezonansu plazmonicznego w zakresie
widzialnym z maksimum dla długości fali 595 nm.
Przedstawione zostały również wyniki badań dotyczące wpływu wygrzewania w różnych atmosferach
(powietrze, wodór, próżnia) na intensywność oraz położenie rezonansu plazmonicznego. Wyjaśnione zostały
również potencjalne procesy, które mogą być za to odpowiedzialne między innymi: zmiana przenikalności
elektrycznej matrycy Bi2O3 oraz możliwość formowania się nanocząstek Ag-Bi typu core-shell.
Kolejne
rozdziały prezentują
wpływ
właściwości
plazmonicznych
w
materiale
Bi 2O3-Ag
na wzmocnienie zjawisk optycznych takich jak luminescencja, konwersja w górę (ang. ‘up-conversion’)
czy generacja drugiej harmonicznej.
Domieszkując materiał Bi2O3-Ag jonami ziem rzadkich (Er3+, Yb3+) możemy zaobserwować
wzmocnienie luminescencji oraz konwersji w górę w zakresie widzialnym. Jest to związane
z
występowaniem zlokalizowanego
rezonansu plazmonów
powierzchniowych.
Eutektyk
Bi2O3-Ag
domieszkowany jonami ziem rzadkich potencjalnie mógłby znaleźć zastosowanie jako element w fotoogniwie
słonecznym. Użycie nanostruktur plazmonicznych w oparciu o konwersję w górę w fotoogniwach słonecznych
opartych na technologii krzemowej wpływa na polepszenie efektywności takiego ogniwa.
Wykazana również została generacja drugiej harmonicznej w materiale eutektycznym Bi2O3-Ag.
Metalodielektryczny materiał eutektyczny Bi2O3-Ag charakteryzuje się dwufotonową luminescencją
pochodzącą od klastrów jonów Ag+ lub od Ag2O. Generacja drugiej harmonicznej obserwowana jest
w trójkątnych wydzieleniach w materiale eutektycznym Bi2O3-Ag, który został wygrzany w atmosferze
powietrza.