Priprava prostorno uredenih Au i Al nanocestica u MoO3

matrici magnetronskim rasprasenjem

Ivan Jakovacivan.jakovac2@gmail.com

Fizicki odsjek, Prirodoslovno-matematicki fakultet

Bijenicka cesta 32, 10 000 Zagreb

21. sijecnja 2018.

Sazetak

Prostorno uredene nanocesticne resetke posebno su zanimljive jer pokazuju niz specificnih optickih i trans-portnih svojstava kao posljedicu efekata kvantnog zatocenja (kvantne tocke), pojave povrsinskih plazmona te”supermagnetskih” svojstava. U ovom radu opisan je postupak dobivanja tankih filmova s prostorno uredenomtrodimenzionalnom resetkom nanocestica Au u matrici MnO3 metodom istovremenog magnetronskog rasprasenja.Takoder, utvrdeno je da primjenom iste metode nisu dobiveni tanki filmovi s prostorno uredenim nanocesticamaaluminija. Strukturna analiza pripravljenih uzoraka provedena je analizom mjerenja dobivenih metodom rasprsenjarendgenskog zracenja pod malim kutom za mali upadni kut (GISAXS). Transportna svojstva dobivenih filmovaistrazena su mjerenjem povrsinskog otpora van der Pauw metodom 4 kontakta. Istrazen je utjecaj parametaradepozicije na strukturna i transportna svojstva filmova sto omogucava dizajniranje materijala karakteristikapozeljnih za raznovrsne primjene.

1 Uvod

Pojam nanocestica obuhvaca vrlo male nakupine nekogmaterijala, tipicne velicine izmedu 1 i 100 nanometara.Materijali koji su bazirani na nanocesticama pokazujuniz specificnih svojstava uvjetovanih ne samo odabi-rom materijala vec i velicinom te prostornim uredenjemnanocestica [1]. Slobodne nanocestice, primjerice, zbogvelikog udjela povrsinskih atoma pokazuju iznimno do-bra kataliticka svojstva. Mehanizam katalize pritomje okarakteriziran adsorpcijom i desorpcijom atoma imolekula na povrsinu katalizatora-nanocestice. Mate-rijali bazirani na nanocesticama najcesce se sastoje odnanometarskih nakupina materijala koje su zatocene uodredenoj matrici. Pri tome matrica u velikoj mjeriutjece na mehanicka, opticka i elektricna svojstva ma-terijala. Ovisno o velicini i materijalu od kojeg sunapravljene, nanocestice pokazuju fenomene kvantnogzatocenja, pojave povrsinskih plazmona te superpara-magnetizma kod nanocestica magnetskih materijala.

Kvantno zatocenje karakterizira pojava diskretnihelektronskih (i supljinskih) stanja u materijalu kao re-zultat formiranja nanocestica dimenzija ispod kvant-nog limita (kvantne tocke). Nosioci naboja postaju”zatoceni” u kristalu nanometarskih dimenzija koji seefektivno modelira potencijalnom jamom sto uvjetujevezu izmedu dimenzija nanocestice i elektronskih ener-getskih stanja. Efekt kvantnog zatocenja najizrazeniji jeu nanocesticama poluvodickih materijala gdje se kvantnirezim moze postici za nanocestice velicine 5-10 nm.

Velicinom same nanocestice je moguce modificirati elek-tronsku strukturu materijala sto kao posljedicu ima intri-gantna apsorpcijska svojstva koja potencijalnu primjenumogu pronaci u fotonaponskim sustavima. Nanostruk-ture metala pak pokazuju efekte kvantnog zatocenja priznatno manjim dimenzijama.

Slika 1: Fenomen pojave lokaliziranih povrsinskih plazmonana nanocesticama zlata. Lokalizacija rezonancijeomogucava definiranje rezonantne frekvencije parame-trima nanocesticne resetke. Iz [2]

Rezonancija povrsinskih plazmona predstavlja domi-nantni fenomen kod metalnih nanocestica [2]. Povrsinskiplazmoni kolektivna su pobudenja vodljivih elektronaizazvana rezonantnom apsorpcijom te rasprsenjem elek-tromagnetskog zracenja. Dosadasnja istrazivanja sugeri-raju kako je pojava povrsinskih plazmona takoder uvje-tovana prostornim uredenjem i velicinom nanocesticakao i odabranom matricom. Plazmonska pobudenjamogu se iskoristiti za pojacanje i manipulaciju svjetlos-nih signala, isticanje fototermickog efekta te opcenitokonverziju elektromagnetske energije. Nanomaterijalis metalnim nanocesticama nalaze primjenu u brojnim

1

podrucjima od biomedicine i energetike (fototermickiefekti) do senzorike i informaticke tehnologije (neline-arna optika).

Naposljetku, nanocesticne resetke feromagnetskihmaterijala pokazuju svojstva superparamagnetskog od-nosno superferomagnetskog odaziva na vanjsko mag-netsko polje. Strukturni faktori poput velicine igustoca nanocestica te jakost meducesticnih reakcijaodreduju magnetsko ponasanje ovakvog nanomaterijala.Magnetska svojstva su pritom odredena interakcijamananocesticnih superspinova koji su analogoni atomskihspinova u klasicnim feromagneticima.

Primjene nanocestica zlata su brojne, a neke od njihpoznate su jos od davnina. Naime, koloidno rasprsenenanocestice zlata koristili su umjetnici zbog zivahnihboja koje nastaju rezonancijom povrsinskih plazmona(SPR). Kako je ova pojava jako ovisna o velicini, oblikui okolini nanocestica moguce je dizajnirati ”nanocesticneboje” iz cijelog spektra. Povecanjem nanocestica premagranici bulka SPR se pomice prema IR spektru sto re-zultira prozirnim koloidnim otopinama. Mogucnost di-zajniranja svojstava nanocestica zlata te njihova interak-cija s elektromagnetskim zracenjem putem rezonancijepovrsinskih plazmona okosnica je vecine znanstvenihradova na ovu temu [2][3].

Zbog njihove kemijske inertnosti, lakoce pripremei zanimljivih elektronickih i optickih svojstava postojiveliki potencijal primjene nanocestica zlata u svakodnev-nom zivotu i modernoj tehnologiji. Osim u potrosackojelektronici (boje za pisace, primjena u cipovima), is-trazuje se i potencijal koristenja nanocestica u lijecenjuraka [4][5] (fototermicki efekti, nosaci lijekova), dijag-nostici (kontrastna sredstva) [4], senzorici [6] (kolorime-trijski senzori, surface-enhanced Raman (SERS)) te ukemijskoj katalizi.

Slika 2: Ovisnost intenziteta SERS spektara c = 0.25µM vodeneotopine 4-ATP o velicini nanocestica zlata - 17, 30, 40,50, 60 i 80nm. Iz [7].

Novija istrazivanja pokazuju da su neki od ovih efe-kata dodatno pojacani ako su nanocestice pritom uredeneu 2D ili 3D superresetke [8]. Dok je svojstva prostornouredenih resetki nanocestica razlicitih materijala moguceu nekoj mjeri i teorijski predvidjeti, eksperimentalna is-

trazivanja baziraju se na metodama priprave materijalas prostorno uredenim nanocesticama pozeljnih dimenzijate njihove strukturne karakterizacije.

Istovremenom depozicijom magnetronskim ras-prasenjem dobivene su nanocestice Au u matriciMnO3 koje su zatim okarakterizirane koristeci metodurasprsenja rendgenskog zracenja pod malim kutom zamali upadni kut (GISAXS). Mjerenjem elektricne ot-pornosti pokazana je veza parametara depozicije nastrukturna i transportna svojstva prostorno uredenihnanocestica zlata.

2 Eksperimentalne tehnike pri-prave i karakterizacije pros-torno uredenih nanocesticnihresetki

Tanki filmovi u kojima je istrazivana pojava prostornoguredenja nanocesticnih resetki pripravljeni su metodommagnetronskog rasprasenja koristeci KJLC CMS 18 mag-netronski rasprasivac u Laboratoriju za tanke filmove naInstitutu Ruder Boskovic u Zagrebu. Strukturni para-metri tako pripravljenih nanocesticnih resetki utvrdenisu numerickom analizom dvodimenzionalnih GISAXS(Grazing-Incidence Small Angle X-ray Scattering) slika.Mjerenja GISAXS mapa provedena su na sinkrotronuElettra u Trstu, Italija koristeci fotone energije 8keV idvodimenzionalni IP (Image Plate) fotonski detektor.

2.1 Priprava nanocestica zlata magne-tronskim rasprasenjem

Slika 3: Princip rada magnetronskog rasprasivaca: nakon izbija-nja iona mete (target) ubrzanim ionima argona neutralniatomi se deponiraju na podlogu (substrate)

Depozicija tankih filmova magnetronskim rasprasenjemtemelji se na izbacivanju atoma iz zeljenog materijala

2

(mete) ubrzanim ionima plemenitog plina te depozici-jom istih na podlogu pri uvjetima visokog vakuuma ureakcijskoj komori. Proces depozicije termodinamickije neravnotezan proces sto omogucuje istovremenu de-poziciju i pripravu materijala koji se ne mogu dobititermodinamicki ravnoteznim procesima (mijesanjem).Mogucnost koristenja proizvoljnog broja meta i naiz-mjenicne depozicije dodatno uvecava broj nanostruktu-riranih materijala koje je moguce pripraviti ovom meto-dom.

Proces priprave uzoraka zapocinje odabirom i postav-ljanjem odgovarajucih meta i podloga nakon cega se ukomori postize visoki vakuum. Atomi plemenitog plina(najcesce argona) upustaju se u komoru pod niskim tla-kom (0.1 - 1 Pa) te se ioniziraju elektricnim izbojem.Ioni ioniziranog plina ubrzavaju se prema meti te vrseizbijanje atoma mete u okolni prostor. Raspraseni atomimete potom se kondenziraju na podlogu tvoreci tankefilmove i nanostrukture ovisno o materijalima mete i pod-loge te parametrima depozicije (tlaku plemenitog plina,temperaturi,...). Izvedba magnetronskog rasprasivaca jetakva da konstantno magnetsko polje zadrzava plazmuiona i elektronski plin u blizini mete cime se povecava efi-kasnost rasprasenja te se istovremeno sprjecava ostecenjedeponiranog filma.

Efikasnost rasprasenja opisana je fizikalnomvelicinom nazvanom iscrpak rasprasenja (sputteringyield) koja ovisi o materijalu mete i energiji rasprasenja.Do rasprasenja nece doci ako je energija upadnog ionamanja od povrsinske energije vezanja atoma u meti.Takoder, pri vecim energijama upadnih iona povecava sedubina prodiranja u metu te umanjuje depozicija ener-gije u povrsinskom sloju zbog cega iscrpak rasprsenjaopada.

Slika 4: Unutrasnjost KJLC CMS 18 magnetronskog ras-prasivaca, Laboratorij za tanke filmove (IRB)

Sastav deponiranog filma stoga je moguce kontro-lirati odabirom mete te kontrolom brzine i vremena

depozicije. Moze se pokazati da je brzina depozicije zadani materijal priblizno proporcionalna snazi mjerenojna rasprasivacu.

Pripravljena su tri razlicita uzorka Au nanocesticau MoO3 matrici istovremenom depozicijom koristeciKJLC CMS 18 magnetronski rasprasivac u Laboratorijuza tanke filmove na Institutu Ruder Boskovic. Uzorcisu deponirani pri sobnoj temperaturi na staklenoj pod-lozi. Snaga depozicije od 6W za Au (10W za Al), dokje snaga depozicije matrice varirana kako bi se dobilirazliciti uzorci. Detaljni parametri depozicije navedenisu u nastavku.

Ime PMoO3[W] Pmetal[W] pAr[mTorr] Td[K]

Au1 75 6 3.5 300Au2 100 6 3.5 300Au3 150 6 3.5 300Al1 75 10 3.5 300

Tablica 1: Parametri depozicije tankih filmova: PMoO3i Pmetal

oznacavaju snage depozicije matrice odnosno metala,pAr je tlak argona u komori dok je Td temperaturapodloge na koju je vrsena depozicija.

Nakon zavrsetka depozicije uzorci su izvadeni iz vaku-umske komore rasprasivaca i pazljivo pohranjeni kako sene bi ostetili do provedbe mjerenja. Struktura dobivenihuzoraka provedena je koristeci GISAXS mjerenja doksu transportna svojstva utvrdena mjerenjima elektricneotpornosti.

2.2 Samouredenje nanocestica u deponi-ranom filmu

Proces depozicije magnetronskim rasprasenjem nemakao nuznu posljedicu stvaranje prostorno uredenihnanocesticnih resetki u materijalu matrice. Nastanak isamouredenje nanocestica posljedica su fizikalnih procesapovrsinske difuzije i agregacije materijala prilikom depo-zicije kao i interakcije susjednih nakupina. Mehanizamstvaranja prostorno uredenih nanocestica Ge i Ge/Si umatrici alumine vec je dobro istrazen i eksperimentalnopotvrden [9][10].

Naime, povrsinskom difuzijom materijal stvara amor-fne ili kristalne agregate na podlozi. Interakcije medudeponiranim atomima favoriziraju nastanak agregataodredenih velicina ovisno o materijalu mete i temperaturipodloge. Takoder, interakcije analogne onima medu ato-mima u kristalu uvjetuju nastanak dvodimenzionalnoguredenja agregata na povrsini. Daljnjom depozicijommatrice stvaraju se udubljenja na deponiranom filmukoja odgovaraju prostorima izmedu nastalih agregata.Nakupine u sljedecem sloju pretezno nastaju u udublje-

3

nima na povrsini sto za posljedicu ima trodimenzionalnokristalno uredenje dobivenih nanocestica. Ovisno o istak-nutosti udubljenja, tj. jacini zasjenjenja nanometarskihagregata matricom favorizirana su FCC (ABC) i HCP(ABA) kristalna uredenja.

Slika 5: Model i MD simulacija samoorganiziranog rastananocestica u jednoj ravnini (a) te moguca mjesta agre-gacije u sljedecoj ravnini (b). Umetak prikazuje STMsliku povrsine uzorka. Iz [11].

2.3 Dobivanje i analiza GISAXS mapa

GISAXS je jedna od najkorisnijih nedestruktivnih me-toda proucavanja strukture i morfologije tankih filmovai povrsina. Ova metoda omogucava dobivanje podatakao prosjecnom obliku i velicinama nanocestica te njiho-vom prostornom uredenju. GISAXS daje mogucnostistrazivanja povrsinskih svojstava tankih filmova s du-binskom razlucivosti odredenoj upadnim kutom X-zrake.Prednost GISAXS-a u odnosu na druge tehnike karakte-rizacije povrsina je dobivanje statisticki usrednjene in-formacije s vrlo velikog broja nanocestica u povrsinskomsloju uzorka (do oko 1012 cestica). Za razliku od di-rektnih metoda proucavanja (AFM, TEM) dvodimen-zionalne GISAXS mape daju informaciju o raspodjelielektronske gustoce u reciprocnom prostoru. Interpreta-cija dobivenih GISAXS mjerenja ukljucuje numerickuinterpolaciju GISAXS mapa za pretpostavljene modele.Analiza se temelji na proracunu raspodjele intenziteta ureciprocnom prostoru za rasprsenje rendgenskog zracenjana nanocesticama koristeci Bornovu aproksimaciju izo-blicenih valova (DWBA):

I(Q) = A|δρ|2|titf |2

×⟨ ∑

R,R′

ΩR(q)Ω∗R′(q) exp[−i(q ·R− q∗ ·R′)]⟩.

(1)gdje je A konstanta, Q = Kf −Ki vektor rasprsenja,δρ razlika u elektronskoj gustoci materijala nanocesticai matrice, ti i tf Fresnelovi koeficijenti za upadni i re-flektirani val, R i R′ polozaji nanocestica, a ΩR i ΩR′

njihovi form faktori.

Slika 6: Geometrija GISAXS experimenta: ploca detektora pos-tavljena je okomito na smjer upadnog zracenja

Teorijske pretpostavke razlicitih modela prostornouredenih nanocesticnih resetki vec su detaljno opisaneu [11]. U analizi prostornog uredenja nanocestica Au umatrici MoO3 koristit ce se pretpostavka kratkodoseznoguredenja (SRO). Pozicije nanocestica mogu se opisati ma-lim odstupanjem od polozaja u idealnoj kristalnoj resetcipri cemu se, kao posljedica kratkodoseznog uredenja,uzastopna odstupanja susjednih nanocestica sumiraju:

Rn = na +

n∑j=0

δj = na + Dn (2)

U modelu je takoder pretpostavljeno da:

• polozaji nanocestica nisu korelirani s velicinamaistih

• velicine nanocestica nisu medusobno korelirane

• nanocestice su sferoidne i homogene strukture

Koristeci predlozeni model, odnosno izraz za difuznorasprseni intenzitet u tocki Q reciprocnog prostora,moguce je napraviti numericku simulaciju izmjerenihdvodimenzionalnih GISAXS mapa. Opcenito, dopri-nos difrakcijskoj mapi daje sama struktura nanocestica(form-faktor ΩR(q)) te njihov prostorni raspored(strukturni-faktor). Iznimno dobro slaganje predlozenogmodela s izmjerenim GISAXS mapama prezentirano jeu radu [12].

Trodimenzionalni model pretpostavlja heksagon-sko prostorno uredenje nanocestica opisano vektorimabaze a(1) = (a, 0, 0), a(2) = (a/2, a

√3/2, 0) i a(3) =

(a, a√

3/2, c) dok su odstupanja δ(k)p , k = 1, 2, 3, p =

x, y, z modelirana normalnom distribucijom oko ideal-nog polozaja resetke. Od ukupno 3 × 3 standardnedevijacije koje opisuju navedena odstupanja, obzirom naprincip priprave depozicijom, po nacelu simetrije moguce

4

je uvesti sljedece pokrate:

σ(1)x = σ(1)

y = σ(2)x = σ(2)

y = σLL

σ(1)z = σ(2)

z = σLV

σ(3)x = σ(3)

y = σVL

σ(3)z = σVV

(3)

gdje oznake L i V predstavljaju odstupanja baznih vek-tora u longitudinalnom (paralelnom s podlogom) i verti-kalnom smjeru.

Oblik same nanocestice modeliran je homogenim sfe-roidom pri cemu je takoder u obzir uzeta 2D × 1Dsimetrija odnosno:

a = b = RL

c = RV

(4)

gdje su RL, RV osi sferoida u longitudinalnom i verti-kalnom smjeru. Osi sferoida takoder prate normalnudistribuciju uz jedinstvenu standardnu devijaciju σR zaobje osi.

Numericka prilagodba parametara predlozenog mo-dela na eksperimentalne podatke GISAXS mapa ostva-rena je uz pomoc programskog paketa MATLAB.

2.4 Mjerenja elektricnog otpora

Slika 7: Mjerni postav za mjerenje elektricne otpornosti dobive-nih uzoraka

Mjerenja elektricne otpornosti provedena su na InstitutuRuder Boskovic koristeci Keithley 2401 SMU uredaj zaprecizna mjerenja struje i napona. Otpor povrsine (sheetresistance) dobivenih uzoraka moguce je precizno odre-diti koristeci van der Pauw metodu 4 kontakta [13]. Ovametoda primjenjiva je na kvazidvodimenzionalne uzorkeproizvoljnog oblika uz uvjet da je kontakte potrebnopostaviti na sam rub uzorka. Elektricni otpor moze semjeriti u dvije razlicite konfiguracije, dok ostale mogu

posluziti u svrhu povecanja tocnosti mjerenja usrednjava-njem. Dobivene vrijednosti otpora moraju zadovoljavativan der Pauw-ov uvjet:

exp

(−πRH

Rsheet

)+ exp

(−πRV

Rsheet

)= 1 (5)

gdje su RH i RV mjereni otpori, a Rsheet trazeni ot-por povrsine. Van der Pauw-ov uvjet za asimetricnopostavljene kontakte moguce je rijesiti samo numericki.

Slika 8: Van der Pauwove konfiguracije za mjerenje otporapovrsine

U svrhu sto preciznijeg mjerenja kontakti moraju bitipostavljeni na sam rub uzorka te moraju biti tockasti stou praksi nije moguce postici. Ipak, pokazano je da, akoovi uvjeti nisu ispunjeni, mjerenja rezultiraju pogreskomkoja je proporcionalna ∝ l2/D2 gdje je l udaljenost odruba uzorka odnosno radijus ”tockastog” kontakta, aD promjer plocastog diska sto omogucuje dostatnu pre-ciznost mjerenja. Takoder, iz otpora povrsine moguceje dobiti i otpornost samog materijala koristeci vezuρ = Rsheet · t gdje je t debljina filma.

Priprema uzoraka za mjerenja otpornosti zapocinjepostavljanjem metalnih (indij) kontakata na rub uzo-raka. Zatim se kratkim zagrijavanjem indij rastopi itako ostvari jos bolji kontakt sa tankim filmom cija seotpornost zeli utvrditi. Kako je indij prilicno mekan me-tal u njega je moguce utisnuti zlatne elektrode modulaza mjerenje otpora plocastih uzoraka umanjujuci takoutjecaj kontaktnog otpora na mjerenja.

Slika 9: Kontakti postavljeni na uzorke koji sadrze nanocesticeAu odnosno Al pripremljene za mjerenje.

5

3 Rezultati

3.1 GISAXS

Rezultati GISAXS mjerenja, te simulacije izmjerenihintenziteta prikazani su na slici 10. Na svim slikamakoje sadrze Au nanocestice, a posebno na prve dvije,

vidi se prstenasti pojas povecanog intenziteta, koji jerasporeden simetricno u odnosu na Qy = 0 os. Pri-sustvo tog intenziteta ukazuje na postojanje korelacijepolozaja nanocestica, tj. da je doslo do samouredujucegnacina rasta. Radijus prstena ocigledno se smanjuje sasmanjenjem udjela matrice, sto ukazuje na smanjenjeudaljenosti medu nanocesticama.

Slika 10: GISAXS mape uzoraka Au1-3. Umetci slika prikazuju simulacije izmjerenih mapa dobivene numerickom obradom GISAXSpodataka u programskom paketu MATLAB.

GISAXS mapa materijala koji sadrzi Al, prikazana jena slici 11 (Al1). Na slici se ne vidi doprinos rasprsenjana nanocesticama, ukazujuci na to da nije doslo do njiho-vog nastajanja. Intenzitet koji se vidi u blizini centralnogdijela mapa potjece od same povrsine, te doprinosa odcijele debljine filma (periodicnost koja postoji u bliziniravnine Qy = 0).

Slika 11: GISAXS mapa uzorka koji sadrzi aluminij. Metodadepozicije magnetronskim rasprasenjem najvjerojatnijenije pogodna za samouredenje Al nanocestica.

Numericke simulacije napravljene prema ranije pre-zentiranom modelu potvrduju kvalitativna razmatranjaGISAXS mapa. Detaljan prikaz parametara dobivenih

procesom prilagodbe modela eksperimentalnim poda-cima dan je u sljedecoj tablici.

Ime a c σLL σLV σVL σVV RL RV σR/RAu1 3.3 2.0 1.1 0.8 1.9 0.7 0.8 0.9 200Au2 3.7 3.6 1.4 1.3 1.5 0.8 1.0 1.2 50Au3 4.5 3.6 1.8 0.9 2.1 1.2 1.5 1.7 29

Tablica 2: Strukturni parametri nanocesticne resetke dobiveniprocesom prilagodbe modela prezentiranog u 2.3 eks-perimentalnim podacima GISAXS mjerenja

3.2 Elektricna otpornost nanocesticneresetke

S obzirom na izolatorsku prirodu MoO3 matrice do-minantan mehanizam gibanja nosioca naboja kroznanocesticnu resetku jest tuneliranje kroz barijere kojeodvajaju nanocestice zlata. Elektricna otpornost pro-matranih uzoraka stoga je ovisna o velicini nastalihnanocestica zlata te parametrima nanocesticne resetke.Pojednostavljeno, pretpostavljajuci pravokutnu potenci-jalnu barijeru izmedu nanocestica i koristeci WKB aprok-simaciju, vjerojatnost tuneliranja, a time i vodljivostopada eksponencijalno s razmakom medu nanocesticama:

T (E) = V0(E)−|R−R′| (6)

Mjerenja elektricne otpornosti provedena su na uzor-cima koji sadrze nanocesticne resetke zlata koristeci van

6

der Pauw metodu pri cemu je pretpostavljeno da jepovrsinski otpor Rsheet proporcionalan otpornosti uz istifaktor proporcionalnosti za sve uzorke. Sukladno teorij-skim razmatranjima izmjereni povrsinski otpor uzorakaraste s porastom udaljenosti nanocestica zlata u resetcidanim u tablici 2.

0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 0 0 . 2 2 0 . 2 4 0 . 2 6 0 . 2 8 0 . 3 0 0 . 3 2 0 . 3 4

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0A u 3

A u 2R sheet [M

W]

P ( A u ) / P ( M o O 3 )

A u 1

Slika 12: Povrsinski otpor tankih filmova koje sadrzavajunanocesticne resetke Au u odnosu na procijenjenu vri-jednost udjela Au iz parametara depozicije danih utablici 1.

Zbog razlika u velicini i obliku nanocestica, malogbroja uzoraka te kompleksnije potencijalne barijere negosto je pretpostavljena u modelu tuneliranja kvantitativnaanaliza ovakvog ponasanja otpornosti ne daje znacajnerezultate.

Moguce je uociti vezu izmedu izmjerenog povrsinskogotpora i parametara depozicije odnosno udjela matriceu dobivenom tankom filmu. Ovakav rezultat potvrduje

uzajamnu povezanost parametara depozicije sa struktur-nim faktorima dobivenim iz GISAXS mapa te svojstvimadobivenog materijala u vidu elektricne otpornosti.

4 Zakljucak

Vrlo dobro poznavanje metoda priprave prostornouredenih nanocesticnih resetki od kljucne je vaznostiza napredak znanosti i tehnologije. Prezenti-rana metoda magnetronskog rasprasenja te pos-ljednicnog samouredenja nanocesticne resetke jedna jeod obecavajucih metoda priprave ovakvih materijala. Uradu je pokazan znacajan utjecaj parametara depozi-cije (varijacija snage depozicije matrice) na dobivenenanocesticne resetke sto omogucava dizajniranje materi-jala razlicitih svojstava. Takoder, na primjeru uzorakakoji sadrze aluminij, pokazano je da ovakva metodanije univerzalna vec je bitan i odabir samih materijalakoristenih za depozicije.

Karakterizacija uzoraka pomocu GISAXS mjerenja,iako racunalno zahtjevna, daje velik broj statistickiusrednjenih strukturnih parametara koji se lako mogudovesti u vezu s parametrima depozicije. Provedenamjerenja sugeriraju da veci udio matrice doprinosi stva-ranju nesto vecih nanocestica zlata, srednjeg radijusa1.1−1.6nm, no i 30−40% vecim parametrima resetke stoima veci utjecaj na otpornost samog uzorka. Mjerenjempovrsinskog otpora dobivenih tankih filmova demons-trirana je veza fizikalnih svojstava dobivenih uzoraka(otpornosti) o nanocesticnoj strukturi uzorka.

Ugodavanjem parametara depozicije magnetron-skim rasprasenjem uz utvrdivanje strukture dobivenihnanocesticnih resetki nedestruktivnim GISAXS mjere-njima moguce je precizno pripraviti i karakterizirati ma-terijale koje sadrze uredene nanocestice zlata pogodneza uporabu u tehnoloske svrhe.

Literatura

[1] Halperin W. P.Quantum size effects in metal particlesRev. Mod. Phys. 58, 533 (1986)

[2] Amendola V., Pilot R., Frasconi M., Marago O.M., Iatı M.A.Surface plasmon resonance in gold nanoparticles: a reviewJ Phys. Cond. Mat. 29(20) (2017)

[3] Gold Nanoparticles: Properties and Applicationshttps://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/materials-science/nanomaterials/gold-nanoparticles.html, pristupljeno 18.1.2017.

7

[4] Jain S., Hirst D. G., O’Sullivan J. M.Gold nanoparticles as novel agents for cancer therapyBr J Radiol. 2012 Feb; 85(1010): 101–113.

[5] Zhao-Zhin J. L., Jia-En J. L., Cheng-Teng N., Lin-Yue L. Y., Boon-Huat B.Gold nanoparticles in cancer therapyActa Pharmacologica Sinica 32, 983–990 (2011)

[6] Priyadarshinia E, Pradhanab N.Gold nanoparticles as efficient sensors in colorimetric detection of toxic metal ions: A reviewSens. and Act. B: Chemical Vol. 238 888-902 (2017)

[7] Meng J., Tang X., Zhou B., Xie Q., Yang L.Designing of ordered two-dimensional gold nanoparticles film for cocaine detection in human urine using surface-enhanced Raman spectroscopyTalanta Vol. 164 693-699 (2016)

[8] Li X., Hong S.Optimal Size of Gold Nanoparticles for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy under Different ConditionsJ. Nanomaterials Vol. 2013(2013), 790323

[9] Buljan M., Radic N., Sancho-Paramon J., Janicki V., Grenzer J., Bogdanovic-Radovic I., Siketic Z., Ivanda M.,Utrobicic A., Hubner R., Weidauer R., Vales V., Endres J., Car T., Jercinovic M., Rosko J., Bernstorff S., HolyV.Production of three-dimensional quantum dot lattice of Ge/Si core–shell quantum dots and Si/Ge layers in analumina glass matrixNanotechnology 26(2015) 065602

[10] Nekic N., Sancho-Paramon J., Bogdanovic-Radovic I., Grenzer J., Hubner R., Bernstorff S., Ivanda M., BuljanM.Ge/Si core/shell quantum dots in alumina: tuning the optical absorption by the core and shell sizeNanophotonics 2017; 6(5): 1055–1062

[11] Jercinovic M.Samoorganizacija i karakterizacija niklenih nanocestica u dielektricnoj matriciDoktorska disertacija, Prirodoslovno-matematicki fakultet, Zagreb 2014.

[12] Buljan M., Radic N., Bernstorff S., Drazic G., Bogdanovic-Radovic I., Holy V.Grazing-incidence small-angle X-ray scattering: application to the study of quantum dot latticesActa Cryst. (2012). A68, 124–138

[13] van der Pauw L. J.A method of measuring the resistivity and Hall coeficient on lamellae of arbitrary shapePhilips Tech. Rev. Vol 26 220-224

8