Blueshift and narrowing of localized surface plasmon resonance of silver nanoparticles exposed to plasma

プラズマ処理による銀ナノ粒子の局在型表面プラズモン共鳴吸収ピークの変化

川口 和弘; 齋藤 正裕*; 高廣 克己*; 山本 春也; 吉川 正人

Kawaguchi, Kazuhiro; Saito, Masahiro*; Takahiro, Katsumi*; Yamamoto, Shunya; Yoshikawa, Masahito

銀ナノ粒子の表面にガス分子が吸着し粒子近傍の誘電率が変化すると、銀ナノ粒子の局在型表面プラズモン共鳴(LSPR)によって生じる可視光領域の吸収ピークが変化する。この現象を漏洩ガスの光学的検知に応用し、ガスセンサーを作製しようとする試みが行われているが、センサー材料として応用するには、安定したLSPRを発現する銀ナノ粒子を再現性よく作製する技術が必要となる。このため銀ナノ粒子を着床させた透明基板を試料とし、作製手法と得られる吸収ピークの強度や位置との関連性が研究されているが、理論値と異なることが多く、その原因はよくわかっていない。筆者らは、銀ナノ粒子作製時に表面に付着するさまざまな付着物がその原因であると推定し、作製した銀ナノ粒子に表面洗浄法として知られているプラズマ処理を行い、吸収ピークの位置や強度の変化を調べた。その結果、プラズマ処理後吸収ピークの幅が狭くなり短波長側へとシフトして理論値に近づく傾向が認められた。さらに、プラズマ処理で銀ナノ粒子表面の炭素系付着物が減少することがラマン散乱分析からわかり、吸収ピークの実験値と理論値の違いは、銀ナノ粒子表面の炭素系付着物に影響することが示唆された。

Silver nanoparticles (Ag NPs) have optical absorption bands due to localized surface plasmon resonance (LSPR) in visible range. The LSPR of Ag-NPs is being used for optical gas sensors. However, there have been differences in LSPR absorption band between most of the experimental data and calculations. We have demonstrated that plasma treatments for Ag NPs to clear the effect of contamination on surface of Ag NPs for LSPR absorption band. The results show that Ar plasma treatments to Ag NPs bring blue-shift and narrowing in their LSPR absorption band. Raman scattering analysis result that hydrocarbons adsorbed on silver surfaces were removed effectively by plasma exposure. It was found that the decrease in Raman line intensity for hydrocarbons was correlated well with the blue-shift. Our findings indicate that one of the most important factors for difference in LSPR absorption band between the experimental data and calculations is due to the impurity adsorption on silver surfaces.