Spectral manifestations of the exciton-plasmon interaction of Ag2S quantum dots with silver and gold nanoparticles

Ирина Геннадьевна Гревцева; Тамара Андреевна Чевычелова; Виолетта Николаевна Дерепко; Олег Владимирович Овчинников; Михаил Сергеевич Смирнов; Алексей Сергеевич Перепелица; Анна Сергеевна Паршина

doi:10.17308/kcmf.2021.23/3294

Ирина Геннадьевна Гревцева Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-1964-1233
Тамара Андреевна Чевычелова Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-8097-0688
Виолетта Николаевна Дерепко Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-9096-5388
Олег Владимирович Овчинников Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-6032-9295
Михаил Сергеевич Смирнов Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-8765-0986
Алексей Сергеевич Перепелица Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-8097-0688
Анна Сергеевна Паршина Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-9455-2062

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3294

Ключевые слова: наночастицы серебра и золота, квантовые точки сульфида серебра, гибридные наноструктуры, спектр люминесценции

Аннотация

Исследование направлено на разработку приемов создания гибридных наноструктур на основе коллоидных квантовых точек Ag₂S и наночастиц серебра пирамидальной геометрии, а также наностержней золота, и установление в таких структурах спектрально-люминесцентных проявлений плазмон-экситонного взаимодействия. Объектами исследования служили квантовые точки Ag₂S, пассивированных тиогликолевой кислотой (КТ Ag₂S/TGA) и 2-меркаптопропионовой кислотой (КТ Ag₂S/2-MPA), наностержни золота (НСт Au), наночастицы серебра (НЧ Ag) пирамидальной геометрии и их смеси. Спектральные свойства исследовали с помощью USB2000+ с модулем ФЭУ
PMC-100-20 (Becker&Hickl Germany). Рассмотрена трансформация спектров люминесценции коллоидных КТ Ag₂S/TGA и КТ Ag₂S/2-MPA в смесях с НЧ Ag пирамидальной формы и НСт Au. Установлены эффекты трансформации контуров спектров люминесценции вследствие эффекта Фано, а также тушения люминесценции при непосредственном контакте КТ и НЧ.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Ирина Геннадьевна Гревцева, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., преподаватель кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: grevtseva_ig@inbox.ru

Тамара Андреевна Чевычелова, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

аспирант кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: t.chevychelova@rambler.ru

Виолетта Николаевна Дерепко, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

аспирант кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: viol.physics@gmail.com

Олег Владимирович Овчинников, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

д. ф.-м. н., профессор кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e - mail :ovchinnikov_o_v@rambler.ru

Михаил Сергеевич Смирнов, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., доцент кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский
государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: smirnov_m_s@mail

Алексей Сергеевич Перепелица, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., старший преподаватель кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: a-perepelitsa@yandex.ru

Анна Сергеевна Паршина, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

магистрант кафедры материаловедения и индустрии наносистем, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: anyuta_parshina@mail.ru

Литература

Fantoni A., Fernandes M., Vygranenko Y., Louro P., Vieira M., Silva R. P. O., Texeira D., Ribeiro A. P. C., Prazeres M., Alegria E. C. B. A. Analysis of metallic nanoparticles embedded in thin film semiconductors for optoelectronic applications. Optical and Quantum Electronics. 2018;50(246): 1–12. https://doi.org/10.1007/s11082-018-1523-z

Hentschel M., Metzger B., Knabe B., Buse K., Giessen H. Linear and nonlinear optical properties of hybrid metallic–dielectric plasmonic nanoantennas. Beilstein J. Nanotechnol. 2016;7(111): 111-120. https://doi.org/10.3762/bjnano.7.13

Khan I., Saeed K., Khan I. Nanoparticles: Properties, applications and toxicities. Arabian Journal of Chemistry. 2019;12(7): 908–931. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.05.011

Daniel M. C., Astruc D. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-sizerelated properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chemical Reviews. 2004;104(1): 293–346. https://doi.org/10.1021/cr030698+

Garcia M. A. Surface plasmons in metallic nanoparticles: fundamentals and applications. Journal of Physics D: Applied Physics. 2011;44(28): 283001(1-20). https://doi.org/10.1088/0022-3727/44/28/283001

Luo Y., Zhao J. Plasmon-exciton interaction in colloidally fabricated metal nanoparticle-quantum emitter nanostructures. Nano Research. 2019;12(9): 2164–2171. https://doi.org/10.1007/s12274-019-2390-z

Kim K.-S., Kim J.-H., Kim H., Laquai F., Arifin E., Lee J.-K., Yoo S., Sohn B.-H. Switching Off FRET in the hybrid assemblies of diblock copolymer micelles, quantum dots, and dyes by plasmonic nanoparticles. ACS Nano. 2012;6(6): 5051–5059. https://doi.org/10.1021/nn301893e

Ovchinnikov O. V., Kondratenko T. S., Grevtseva I. G., Smirnov M. S., Pokutnyi S. I. Sensitization of photoprocesses in colloidal Ag2S quantum dots by dye molecules. Journal of Nanophotonics. 2016;10(3): 033505. https://doi.org/10.1117/1.JNP.10.033505

Ovchinnikov O. V., Smirnov M. S., Shapiro B. I., Shatskikh T. S., Latyshev A. N., Mien Ph. Thi Hai, Khokhlov V. Yu. Spectral manifestations of hybrid association of CdS colloidal quantum dots with methylene blue molecules. Optics and Spectroscopy. 2013;115(3): 389–397. https://doi.org/10.7868/S0030403413090195

Kondratenko T. S., Ovchinnikov O. V., Grevtseva I. G., Smirnov M. S. Organic–inorganic nanostructures for luminescent indication in the nearinfrared range. Technical Physics Letters. 2016;42(4): 365–367. https://doi.org/10.1134/S1063785016040088

Etacheri V., Georgekutty R., Seery M. K., Pillai S. C. Single step morphology-controlled synthesis of silver nanoparticles. MRS Proceedings. 2009;1217: 1217-Y08-40.: https://doi.org/10.1557/PROC-1217-Y08-40

Shah K. W., Sreethawong T., Liu S. H., Zhang S. Y., Li S. T., Han M. Y. Aqueous route to facile, efficient and functional silica coating of metal nanoparticles at room temperature. Nanoscale. 2014;6(19): 11273–11282. https://doi.org/10.1039/c4nr03306j

Fedutik Y., Temnov V. V., Schöps O., Woggon U., Artemyev M. V. Exciton-plasmon-photon conversion in plasmonic nanostructures. Physical Review Letters. 2007;99(13): 136802. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.136802

Zhang W., Govorov A. O., Bryant G. W. Semiconductor-metal nanoparticle molecules: hybrid excitons and the nonlinear fano effect. Physical Review Letters. 2006;97(14): 146804. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.146804

Hildebrandt N., Spillmann Ch. M., Algar W. R., Pons T., Stewart M. H., Oh E., Susumu K., Díaz S. A., Delehanty J. B., Medintz I. L. Energy transfer with semiconductor quantum dot bioconjugates: A aersatile platform for biosensing, energy harvesting, and other developing applications. Chemical Reviews. 2017; 117(2): 536–711. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00030

Resch-Genger U., Grabolle M., Cavaliere-Jaricot S., Nitschke R., Nann T. Quantum dots versus organic dyes as fluorescent labels. Nature Methods. 2008;5(5): 763–775. https://doi.org/10.1038/nmeth.1248

17. Ievlev V. M., Latyshev A. N., Ovchinnikov O. V., Smirnov M. S., Klyuev V. G., Kholkina A. M., Utekhin A. N., Evlev A. B. Photostimulated formation of anti-stokes luminescence centers in ionic covalent crystals. Doklady Physics. 2006;51(8): 400–402. https://doi.org/10.1134/S1028335806080027

Ovchinnikov O. V., Smirnov M. S., Latyshev A. N., Stasel’ko D. I. Photostimulated formation of sensitized anti-stokes luminescence centers in AgCl(I) microcrystals. Optics and Spectroscopy. 2007;103(3): 482-489. https://doi.org/10.1134/S0030400X07090172

Durach M., Rusina A., Stockman M. I., Nelson K., Toward full spatiotemporal control on the nanoscale. Nano Letters. 2007;7(10): 3145–3149. https://doi.org/10.1021/nl071718g

Komarala V. K., Rakovich Yu. P., Bradley A. L. Off-resonance surface plasmon enhanced spontaneous emission from CdTe quantum dots. Applied Physics Letters. 2006; 89 (25): 253118. https://doi.org/10.1063/1.2422906

Gong H. M., Wang X. H., Du Y. M., Wang Q. Q. Optical nonlinear absorption and refraction of CdS and CdS-Ag core-shell quantum dots. The Journal of Chemical Physics. 2006;125(2): 024707. https://doi.org/10.1063/1.2212400

Ovchinnikov O. V., Aslanov S. V., Smirnov M. S., Grevtseva I. G., Perepelitsa A. S. Photostimulated control of luminescence quantum yield for colloidal Ag2S/2-MPA quantum dots. RSC Advances. 2019;9(64): 37312–37320. https://doi.org/10.1039/C9RA07047H

Kondratenko T. S., Zvyagin A. I., Smirnov M. S., Grevtseva I. G., Perepelitsa A. S., Ovchinnikov O. V. Luminescence and nonlinear optical properties of colloidal Ag2S quantum dots. Journal of Luminescence. 2019;208: 193-200. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2018.12.042

Kondratenko T. S., Grevtseva I. G., Zvyagin A. I., Ovchinnikov O. V., Smirnov M. S. Luminescence and nonlinear optical properties of hybrid associates of Ag2S quantum dots with molecules of thiazine dyes. Optics and Spectroscopy. 2018;124(5): 673–680. https://doi.org/10.21883/OS.2018.05.45945.310-17

Purcell E. M. Spontaneous emission probabilities at radio frequencies. Physical Review. 1946;69: 681. https://doi.org/ 10.1007/978-1-4615-1963-8_40

Fano U. Effects of configuration interaction on intensities and phase shifts. Physical Review. 1961;124: 1866–1878. https://doi.org/10.1103/PhysRev.124.1866