Fényérzékeny amorf nanokompozitok: technológia és alkalmazásuk a fotonikában. Csarnovics István

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Fényérzékeny amorf nanokompozitok: technológia és alkalmazásuk a fotonikában. Csarnovics István"

Ágnes Fábiánné
7 évvel ezelőtt
Látták:

Új irányok és eredményak A mikro- és nanotechnológiák területén 2013.05.15.

1 Új irányok és eredményak A mikro- és nanotechnológiák területén Budapest Fényérzékeny amorf nanokompozitok: technológia és alkalmazásuk a fotonikában Csarnovics István Debreceni Egyetem, Fizika Intézet, Kísérleti Fizikai Tanszék

2 Tartalom Fényérzékeny kompozitok: anyagok és jelenségek. Kalkogenid üvegek, mint funkcionális anyagok: tulajdonságok, alkalmazások. Fényindukált változások kalkogenid nanokompozitokban. Plazmonok hatása. Fényindukált változások szerves nanokompozitokban.

3 Fényérzékeny kompozitok: anyagok és jelenségek Fényérzékeny anyag olyan anyag, amelyben a fény hatására valamilyen fizikai vagy kémiai folyamat történik. Fizikai folyamat optikai paraméterek, térfogati és szerkezeti változások. Anyagok szervetlen (kalkogenidek, halogenidek) és szerves kompozitok. Alkalmazás optoelektronika, optikai és elektronikai memória, szenzorika.

4 Kalkogenidek - fényérzékeny amorf anyagok A S, Se és Te vegyületei. Amorf kalkogenidek - olyan nem oxid üvegek, vagy amorf rétegek, amelyek a periódusos rendszer IV és V főcsoportjába tartozó elemek vegyületei (As 2 S 3, As 2 Se 3, Sb 2 S 3, GeS, Ge 2 Sb 2 Te 5 ), illetve több komponenses keverékei. Ezek mind különböző tiltott sávval rendelkező félvezetők. Thin films and Vékony structures rétegek és struktúrák

5 Fényindukált változások kalkogenidekben - anyagok és technológiák Homogén réteg - As x Se 100-x (0 x 60 ) és As 40 S 60 termikus párologtatással előállított m vastagságú vékony rétegek. Lézer Holografikus írás Lézerek: 535 és 633 nm. I = W/cm 2 Nanomultiréteg (nanokompozit) - számítógép vezérelt ciklikus termikus párologtatással létrehozott minták. A struktúrák modulációs periódusa 3-6 nm volt, a teljes vastagsága m a-se, AsSe, GeSe, Sb, Bi, In As 2 S 3, GeS Hordozó

6 Áteresztõképesség, % I/I0 Áteresztõképesség, % Fényindukált optikai változások kalkogenid rétegekben Áteresztőképesség, törésmutató, elnyelési él és elnyelési együttható változás megvilágítás hatására. 90 1, , , , , , , , Idõ, s Hullámhossz, nm Hullámhossz, nm Δn/n = 1-5 % Δd/d= 1-10 % Δ T /T = 5-80 %

I, arb.un. Fényindukált változások kalkogenid nanomultirétegekben 15000 0.0 10000-0.4 5000 ln I/I o -0.8 1-1.2 0 2 1 2 3 4-1.6 2, deg 0.0 3.0x10 3 6.0x10 3 9.0x10 3 1.

7 I, arb.un. Fényindukált változások kalkogenid nanomultirétegekben ln I/I o , deg x x x x10 4 Se/As 2 S 3 nanomultiréteg XRD spektruma a megvilágítás előtt (1) és után (2) t, s Diffúziós együttható He-Ne lézerrel (P=0.1 W/cm 2 ) történő megvilágítás során : D= 7, m 2 /s Egyedülálló módon előállított kítűnő minőségű kalkogenid nanomultirétegek. Fényindukált interdiffúzió és óriási méretű térfogatváltozás az előállított mintákban. x = 1000 nm, y = 1000 nm, z = 100 nm

8 Fényindukált térfogatváltozás kalkogenid rétegekben Az in situ atomerő-mikroszkóppal végzett kísérletek elrendezése. A 2 µm vastagságú As 20 Se 80 rétegen 35 perc alatt létrehozott felületi holografikus rács atomerő-mikroszkóppal készült felvétele. Az As 20 Se 80 ban megvalósult az egy lépéses optikai írás: Optikai paraméterek mellett jelentős, 9-12%-os mértékű térfogatváltozást értünk el. M. Trunov, P. Lytvyn, V. Takats, I. Charnovych, S. Kokenyesi, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 11 (2009) 1959.

9 Plazmonok hatása arany nanoszemcsék Az előállított arany nanorészecskék pásztázó elektronmikroszkópos felvétele. Az előállított arany nanorészecskék atomerő-mikroszkópos felvétele Különböző átlagméretű különböző plazmon hullámhosszal rendelkező arany nanorészecskéket sikerült előállítani mikroszkóp tárgylemezen. S. Charnovych, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 13 (2011) 412.

10 Plazmonok hatása nanokompozitok és jelenségek Zöld vagy piros fényű lézer Holografikus írás Az előállított arany nanorészecskék és a kalkogenid réteget tartalmazó minták rajza. Az előállított arany nanorészecskék optikai áteresztési spektrumai (1 60 nm, 2 75 nm, 3 90 nm átlagméretű struktúrák), valamint a megvilágítási hullámhosszok ábrázolása (4 533 nm, nm).

11 Plazmonok hatása optikai változások As 2 S 3 As 2 S 3 +ANR Δ % Δ % d, nm A tiszta As 2 S 3 és As 2 S 3 + arany nanorészecskékek struktúra áteresztőképességének időbeli változása lézerrel történő megvilágítás során (1 90 nm, 2 75 nm, 3 60 nm átlagosméretű nanorészecskéket tartalmazó struktúra, 4 tiszta kalkogenid réteg). A fény által gerjesztett plazmon tér hat az optikai változások sebességére, illetve azok mértékére. S. Charnovych, S. Kökényesi, Gy. Glodán, A. Csik, Thin Solid Films 519 (2011) 4309.

Plazmonok hatása térfogati változások, holografikus rács írása Felső: Az As 20 Se 80 felületén létrehozott holografikus rács háromdimenziós AFM

12 Plazmonok hatása térfogati változások, holografikus rács írása Felső: Az As 20 Se 80 felületén létrehozott holografikus rács háromdimenziós AFM felvételei. Δd/d= 5,4 % Alsó: Az As 20 Se 80 +arany nanorészecskék felületén létrehozott holografikus rács háromdimenziós AFM felvételei. Δd/d= 10,8 %

13 Plazmonok hatása nanokompozitok nm arany rétegbe fókuszált ionnyaláb segítségével nanolyukak lettek létrehozva, amelyek átmérője 100 nm volt. Fény által ebben a struktúrában is gerjeszthető plazmon tér, amely stimulálta a fényindukált változásokat. 635 nm lézer Kalkogenid réteg ANL Hordozó A megvizsgált rendszer sematikus rajza A kialakított struktúra AFM felvétele S. Charnovych, I.A. Szabó, A.L. Tóth, J. Volk, M.L. Trunov, S. Kökényesi, Journal of Non-Crystalline solids, doi: /j.jnoncrysol

14 Fényindukált változások szerves anyagokban anyagok Monomer - Diurethane dimethacrylate, izomerek keveréke. Nanorészecskék dodekanetiollal funkcionalizált arany nanorészecskék és SiO 2 nanorészecskék. A szerves fényérzékeny anyag monomerjébe arany nanorészecskéket diszpergáltunk, amelyek nem tapadtak össze. A folyamatot a SiO 2 nanorészecskék segítették elő.

15 Fényindukált változások szerves nanokompozitban Az arany nanorészecskék növelték a kialakult holografikus rács magasságát és diffrakciós hatásfokát.

16 Összefoglaló Kalkogenidek, mint fényérzékeny anyagok: nanomultirétegek - interdiffúzió és óriási méretű térfogatváltozás, rétegek optikai változások, holografikus rácsok, óriási méretű lokális térfogatváltozás, laterális tömegtranszport jelensége. kalkogenid réteg + arany nanostruktúrák - a fény által gerjesztett plazmontér stimulálja a kalkogenidekben megfigyelt fényindukált változásokat. Szerves anyagok a nanostruktúrák által növelhető a kialakult holografikus rács magassága és annak diffrakciós hatásfoka.

17 Köszönettel tartozom a velem együttműködő kollégáknak: Témavezető: Dr. Kökényesi Sándor Dr. Szabó István, Dr. Csík Attila, Dr. Takáts Viktor. MTA-Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet, Budapesti Műszaki Egyetem, University of Pardubice, Boise State University, Uzhgorod National University, ITMO Szentpétervár, intézmények munkatársainak. A kutatásomat a TAMOP A-11/1/KONV és a TAMOP /B-10/ számú programjainak keretein belül végeztem amelyet az Európai Unió és az Európai Szociális Alap támogat.

Hasonló dokumentumok

Amorf fényérzékeny rétegstruktúrák fotonikai alkalmazásokra. Csarnovics István

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat Anyagtudományi és Diffrakciós Szakcsoportjának Őszi Iskolája 2012.10.03. Mátrafüred Amorf fényérzékeny rétegstruktúrák fotonikai alkalmazásokra Csarnovics István Debreceni