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Synthesis and Plasmonic Properties of Metallic Nanowires and Nanowire Dimers

Alber, Ina

German Title: Herstellung und plasmonische Eigenschaften von metallischen Nanodrähten und Nanodraht Dimeren

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Abstract

Cylindrical, metallic nanowires were electrochemically grown in nanochannels created in polymer membranes by etching of ion tracks. These nanowires consisted of Au or AuAg alloy with varying element ratio. In additon, segmented Au-rich/Ag-rich/Au-rich nanowires were synthesized by applying pulsed deposition. The duration of the pulses controls the length of the segments. By subsequent chemical dissolution nanowires separated by nanogaps with dimensions as small as 5 nm were also created, so-called nanowire dimers. Incomplete dissolution of the gap resulted in dimers connected by a conductive junction. Upon the excitation of surface plasmons in dimers separated by nanogaps smaller than 20 nm, high field enhancement is generated in the nanogap. We analysed the plasmonic properties of the synthesized structures by electron energy loss spectroscopy in a transmission electron microscope. This method enables the simultaneous investigation of the nanostructure morphology and the surface plasmon resonance energies. The analysis of single nanowires, and capacitively and conductively coupled nanowire dimers revealed that the resonance energies depend sensitively on many parameters, as length, diameter, gap size, as well as composition and morphology. Precise knowledge of the plasmonic properties of the synthesized structures are important for the future applications as substrates for surface enhanced infrared and Raman spectroscopy.

Translation of abstract (German)

In durch Aufätzung von Schwerionenspuren erzeugten Nanokanälen in Polymermembranen wurden zylindrische, metallische Nanodrähte elektrochemisch abgeschieden. Diese Nanodrähte bestanden aus Gold oder Gold-Silber-Legierungen, wobei das Elementverhältnis variiert wurde. Außerdem wurden durch gepulste Abscheidung segmentierte Nanodrähte hergestellt, wobei ein silberreiches Segment zwei Segmente mit großem Goldgehalt trennt. Die Länge eines Pulse kontrolliert die Segmentlänge. Durch anschließendes chemisches Auflösen der silberreichen Segmente entstanden Nanodrähte getrennt durch eine Lücke von bis zu 5 nm, sogenannte Nanodrahtdimere. Unvollständiges Auflösen der silberreichen Segmente führte zu Dimeren zusammengeschlossen durch eine leitende Verbindung. Bei Anregung von Oberflächenplasmonen treten bei Dimeren mit Lücken kleiner 20 nm sehr hohe Feldverstärkungen in der Lücke auf. Die Plasmonenresonanzen der Nanostrukturen wurden in einem Transmissions- Elektronen-Mikroskop mittels Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie analysiert. Diese Methode erlaubt es, gleichzeitig sowohl die Morphologie der Nanostrukturen zu untersuchen als auch die Plasmonenresonanzen zu messen. Die Analyse von Einzeldrähten und kapazitiv und leitend gekoppelten Dimeren zeigte, dass zahlreiche Parameter, wie Länge und Durchmesser, Größe der Lücke, sowie Zusammensetzung und Morphologie des Drahtes die Resonanzenergien empfindlich beeinflussen. Detaillierte Kenntnis der plasmonischen Eigenschaften ist wichtig für zukünftige Anwendung der Nanostrukturen als Substrate für Oberflächen-verstärkte Infrarot- und Raman-Spektroskopie.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Neumann, Prof. Dr. Reinhard
Date of thesis defense: 14. November 2012
Date Deposited: 22. Nov 2012 12:19
Date: 2012
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Nanodraht, Oberflächenplasmonresonanz, Galvanische Abscheidung, Gold, Silber
Uncontrolled Keywords: nanowire, nanowire dimer, ion track-etched membrane, electrodeposition, on-wire lithography, electron energy-loss spectroscopy, surface plasmon resonance,
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