Лекции по наноматериалам и нанотехнологиям

53 
Рис. 1.34. Кружками показан спектр поглощения 20 нм частиц золота в стекле. Максимум 
поглощения 530 нм (зеленый цвет), черточками показан спектр поглощения 80 нм частиц 
золота в стекле максимум поглощения 560 нм (желто-зеленый).[1] 
При очень высоких частотах электроны проводимости в металлах ведут 
себя как плазма – электрически нейтральный ионизированный газ. В плазме 
твердого тела отрицательные заряды – электроны, положительные заряды-ионы 
решетки. Если кластеры имеют размеры меньше длины волны падающего света, 
и не взаимодействуют друг с другом, то электромагнитная волна вызывает 
колебания электронной плазмы приводящее к её поглощению.
Для вычисления зависимости коэффициента поглощения от длины волны 
используют теорию рассеяния Ми на сферических частицах. Коэффициент 
поглощения 

маленькой сферической частицы металла, находящейся в 
непоглощающей среде 
 
3
2
0 2
2
2
2
1
0
18
2
s
N Vn
n













, 
где 
s
N
- концентрация сфер объемом 
V
, 
1

,
2

- действительная и мнимая части 
комплексной диэлектрической проницаемости 
1
2
i
 

 
сфер, 
0
n
- показатель 
преломления непоглощающей среды, 

-длина волны падающего света. 
Другим 
важным 
для 
технологии 
свойством 
композитных 
металлизированных стекол является 
оптическая нелинейность 
- зависимость 
показателей преломления 
n


от интенсивности падающего света 
2
I
E
. 
0
2
n
n
n I


Нелинейные оптические эффекты можно использовать при создании оптических 
ключей, которые станут основными элементами фотонного компьютера. 
Старый метод получения композитных металлизированных стекол состоит 
в добавлении металлических частиц к расплаву. При этом сложно управлять 
свойствами стекла, зависящими от степени агрегирования частиц. Новый метод 
ионная имплантация
, когда стекло обрабатывается ионным пучком, состоящим 
из атомов имплантируемого металла с энергиями от 10 КэВ до 10 МэВ.

54 
Другим методом является 
ионный обмен
см. рис. 1.35. Показана 
экспериментальная установка для введения частиц серебра в стекло путем 
ионного обмена. Одновалентные приповерхностные атомы, например натрий, 
присутствующий во всех стеклах, замещается другими ионами, например 
серебром. Для этого стеклянная основа помещается в расплав соли, 
находящийся между электродами, которым приложено напряжение указанной 
на рис полярности. Ионы натрия в стекле диффундируют к отрицательному 
электроду, а серебро диффундирует из серебросодержащего электролита на 
поверхность стекла. 
Рис. 1.35. Ионообменная установка для допирования стеклянной подложки ионами серебра. 
Слева положительный электрод.[1] 
Нелинейность характеризуется поляризацией 
P
под действием 
напряженности 
E
электрического поля световой волны
 
 
 


1
2
3
2
3
...
P
E
E
E
 






, 
где 

- диэлектрическая постоянная среды. 
В наноматериалах, включающие нанокластеры золота и серебра, плазмонный 
резонанс возникает при совпадении частот излучения лазера с частотой 
колебания свободных электронов в нанокластерах металлов. Это ведет к 
локализации возбуждения в нанокластерах, и к резкому усилению локального 
поля, которое генерируется первичным излучением лазера с напряженностью 
более 
9
10
/
В м
. Полимерный нанокомпозит на основе диацетиленового 
мономера, включающий кластеры золота с размерами около 2 нм, содержащий 
7-16 % металла, позволял увеличивать в 200 раз оптическую поляризуемость 
третьего порядка 
 
3

. На основе такого нелинейного оптического материала 
можно создавать электронно-оптические преобразователи со значительным 
усилением. 

жүктеу/скачать 12,63 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: