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Journal Articles Nanomaterials Year : 2020

Real-Time Analysis of Laser-Induced Plasmon Tuning in Nanoporous Glass Composite

Analyse en temps réel de l'accord de plasmon induit par laser dans un composite de verre nanoporeux

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Abstract

Laser-induced structuring in nanoporous glass composites is promising for numerous emerging applications in photonics and plasmonics. Local laser irradiation activates an interplay of photo-thermo-chemical mechanisms that are extremely difficult to control. The choice of optimum laser parameters to fabricate structures with desired properties remains extremely challenging. Another challenging issue is the investigation of the properties of laser-induced buried structures. In this paper, we propose a way to control the plasmonic structures formation inside a nanoporous glass composite with doped silver/copper ions that are induced by laser irradiation. Experimental and numerical investigations both demonstrate the capacities of the procedure proving its validity and application potential. In particular, we register the transmitted laser power to analyze and control the modification process. Spectral micro-analysis of the irradiated region shows a multilayer plasmonic structure inside the glass composite. Subsequently, the effective medium theory connects the measured spectral data to the numerically estimated size, concentration, and chemical composition of the secondary phase across the initial GC sample and the fabricated structure.
La structuration induite par laser dans les composites de verre nanoporeux est prometteuse pour de nombreuses applications émergentes en photonique et plasmonique. L'irradiation laser locale active un jeu de mécanismes photo-thermochimiques extrêmement difficiles à contrôler. Le choix des paramètres laser optimaux pour fabriquer des structures avec les propriétés souhaitées reste extrêmement difficile. L'étude des propriétés des structures enterrées induites par laser constitue un autre problème difficile. Dans cet article, nous proposons un moyen de contrôler la formation des structures plasmoniques à l'intérieur d'un composite de verre nanoporeux avec des ions argent / cuivre dopés qui sont induits par irradiation laser. Les investigations expérimentales et numériques démontrent les capacités de la procédure à prouver sa validité et son potentiel d'application. En particulier, nous enregistrons la puissance laser transmise pour analyser et contrôler le processus de modification. La micro-analyse spectrale de la région irradiée montre une structure plasmonique multicouche à l'intérieur du composite de verre. Par la suite, la théorie du milieu efficace relie les données spectrales mesurées à la taille, à la concentration et à la composition chimique estimées numériquement de la phase secondaire à travers l'échantillon GC initial et la structure fabriquée.
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ujm-02978903 , version 1 (26-10-2020)

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Cite

Maksim M Sergeev, Roman A Zakoldaev, Tatiana Itina, Pavel V Varlamov, Galina K Kostyuk. Real-Time Analysis of Laser-Induced Plasmon Tuning in Nanoporous Glass Composite. Nanomaterials, 2020, ⟨10.3390/nano10061131⟩. ⟨ujm-02978903⟩
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