Установлена возможность управления оптическими свойствами композиционного материала путём модификации дисперсных параметров имплантированных металлических наночастиц с помощью мощного лазерного облучения.

Лаборатория радиационной физики КФТИ КазНЦ РАН.
Руководители: Степанов А.Л., Файзрахманов И.А.
Отв. исполнители: Нуждин В.И., Валеев В.Ф., Базаров В.В.

Впервые установлено, что воздействие излучения ультафиолетового (эксимерного) лазера наносекундной длительности на диэлектрики (натриево-кальциевое силикатное стекло, SiO₂, Al₂O₃), содержащие ионно-синтезированные металлические наночастицы, приводит к изменению их размеров и распределения по размерам, а, следовательно, и к модификации оптических свойств композиционных метаматериалов. Показано, что наблюдаемые эффекты определяются существенным нагревом имплантированного слоя стекла и металлических наночастиц при лазерном отжиге и связанным с этим плавлением наночастиц. Дополнительный термический отжиг лазерно-отожжённых слоёв ведёт к сужению функции распределения металлических наночастиц по размерам, что вызывает усиление плазмонного поглощения в композиционном метаматериале. Наблюдаемые эффекты представляют практический интерес и могут быть использованы при создании нелинейно-оптических устройств с ультракороткими временами отклика таких, как оптические ограничители, служащие для защиты глаз, оптических детекторов и сенсоров различного назначения от интенсивного лазерного воздействия.

Рис. 1. Спектры оптического пропускания НКСС: (1) - имплантированного ионами серебра с энергией 60° кэВ и дозой 3·10¹⁶° ион/см²; (2) – после имплантации и лазерного отжига 5-ю импульсами с длительностью 25° нс с плотностью энергии 0.2° Дж/см² (длина волны 248° нм); (3) – после имплантации и последовательного лазерного и термического отжига при 350°С в течение 1 часа. 

Публикации:

1. Stepanov A.L.: Laser annealing of composite materials with metal nanoparticles, сhapt. 2. «High-rower and femtosecond lasers» (Barret P.-H., Palmer M., eds.), pp. 27-70. New York: NOVA Sci. Publishers 2009.
2. Степанов А.Л., Валеев В.Ф., Нуждин В.И., Файзрахманов И.А.: Лазерный отжиг кварцевого стекла с ионно-синтезированными наночастицами меди. ФТТ 51, вып. 9, 1801-1807 (2009)
3. Степанов А.Л., Валеев В.Ф., Нуждин В.И., Базаров В.В., Файзрахманов И.А.: Отжиг эксимерным лазером силикатного стекла с ионно-синтезированными наночастицами серебра. ЖТФ 79, вып. 10, 102-109 (2009)