Eigenschaften von Silber-Nanodrähten

Wagner, Dieter; Kreibig, Uwe

doi:HT015607861

Eigenschaften von Silber-Nanodrähten = Properties of silver-nanowires

Wagner, Dieter (Author)

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Dieter Wagner

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

Umfang119 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Kreibig, Uwe (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-04-25

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-24679
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50163/files/Wagner_Dieter.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50163/files/Wagner_Dieter.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Plasmon (Genormte SW) ; Nanodraht (Genormte SW) ; Physik (frei) ; Silber-Nanodrähte (frei) ; Silbernanodrähte (frei) ; Plasmon-Polariton (frei) ; Plasmonenleitung (frei) ; silver-nanowires (frei) ; silvernanowires (frei) ; plasmon-polariton (frei) ; plasmonpropagation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Diese Doktor-Arbeit behandelt die Herstellung und Eigenschaften von Silber-Nanodrähten. Sie gliedert sich in vier Teile:1) Herstellung und Bestimmung der atomaren Struktur und der Form der Drähte. Zur Herstellung der Silber-Nanodrähte wurde eine Methode der chemischen Reduktion in einem wässrigen Elektrolyt angewendet. Die Dicke der Drähte erwies sich als konstant über deren gesamte Länge. Die häufigste Dicke der Drähte betrug ca. 27 nm, die Längen reichten in den Experimenten bis zu mehr als 100 µm. Es konnte kein Zusammenhang zwischen der Dicke der Drähte und deren Länge festgestellt werden. Die dünnsten Drähte wiesen eine Dicke von 5 nm auf. Die kristalline Struktur wurde durch Herrn Dr. A. Graff (Uni Halle) mittels HRTEM-Beugung ermittelt. Die Drähte bestehen aus fünf dreieckigen, einkristallinen Fasern, die über (111) Zwillingsgrenzen verbunden sind. Deshalb ist der Querschnitt der Drähte fünfeckig. Die Oberfläche ist atomar glatt. Eine beobachtete statistisch variierende Krümmung der Drähte konnte erklärt werden durch elastische Spannungen, die durch einen Winkeldefekt in der Drahtstruktur entstehen.2) Die Beobachtung der Nanodrähte erfolgte im Dunkelfeldmikroskop und zum Vergleich im REM und TEM. Es wurden einzelne Drähte mittels Mikromanipulation ausgewählt. Die Drähte wurden auf Quarzglassubstraten deponiert oder als freie Drähte, die nur an ihren Enden befestigt waren.3) Die Messungen der optischen Emission des gestreuten Lichtes an einzelnen Nanodrähten und deren Enden, erfolgten in einer Zsigmondy-Siedentopf-Konfiguration.Das auf den Draht einfallende Licht war linear polarisiert. Basierend auf einem Dunkelfeldmikroskop wurde ein Spektrometer aufgebaut, um die optische Emission von einzelnen Drähten zu messen. Zwei Peaks waren in den optischen Spektren zu beobachten. Der erste liegt bei ungefähr 440 nm. Es wird angenommen, dass er von einem lokalisierten Plasmon-Polariton mit dem E-Feld senkrecht zur Drahtachse stammt. Dies wurde bestätigt durch eine Simulationsrechnung von Dr. M. Quinten. Ein breiter Peak, dessen Licht parallel zur Drahtachse polarisiert war, wurde bei 650 nm beobachtet. Er wurde longitudinal ausgedehnten, laufenden Plasmawellen zugeschrieben.4) Anwendung der Silber-Nanodrähte als Plasmonenleiter. In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. F. Aussenegg und Prof. J. Krenn an der Universität Graz wurden longitudinale Plasmawellen längs des Drahtes lokal am Drahtende angeregt und deren Ausbreitungslänge durch zwei Experimente bestimmt. Es zeigte sich, dass Plasmonenleitung in Silber-Nanodrähten für den Transport von Information auf der µm-Skala gut geeignet ist.

This thesis treats the preparation and properties of silver-nanowires. It is divided into four parts:1) Preparation and determination of the atomic structure and shape of the wires.A chemical reduction method was applied to produce silver-nanowires in an aqueous electrolyte. The thickness of produced wires proved to be constant over the whole length. The thickness distribution in the ensemble varied around a maximum at about 27 nm, the lengths extended in the experiments up to more than 100 µm. There was no correlation between thickness and length. The thinnest wires were of about 5 nm thickness. The cristalline structure was analysed by Dr. A. Graff (Uni Halle) with HRTEM diffraction. The wires consist of 5 triangular single-crystalline filaments, connected by (111) twin-boundaries. So the cross-section of the wires is pentagonal. The surfaces are atomically smooth. A statistically varying curvature of the wires was observed, which points to strains created by an angle defect in the pentagonal structure.2) Observation of the nanowires by optical darkfield microscopy, and, for comparison, by SEM and TEM. Selection of single, isolated wires was successful by micro-manipulation. The wires were either deposited on quartz glass substrates or they were prepared as free wires which were fixed only at their end-tips.3) Measurement of emission spectra of the scattered light from single nanowires and parts of them in dark-field Zsigmondy-Siedentopf configuration. Experimental results were presented as depending on linear polarisation of the light incident on the wire. The spectrometer, based upon a darkfield microscope, was constructed to measure the optical emission of single wires. Two peaks appeared in the optical emission spectra. The first is at about 440 nm. It was assumed to be due to a localized plasmon-polariton excitation with the electric field normal to the wire axis. It could be reproduced by simulation calculations of Dr. M. Quinten, for normal polarisation of the incident light. Another, broad, peak was observed at 650nm when the incident light was polarised parallel to the wire axis, which was asigned to longitudinal, extending plasma waves.4) Application of the silver-nanowire as plasmonic conductor. In collaboration with the group of Prof. F. Aussenegg and Prof. J. Krenn at the University of Graz, the propagation of plasma waves excited locally at one end-tip, was identified and their propagation length determined by two different experiments. This proved the plasmon propagation in silver-nanowires to be well suited for information transport on the µm-scale.

Fulltext:
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