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Optical property of gold nanoparticles modified by plasma exposure and sputtering

プラズマ及びイオンスパッタリングによる金ナノ粒子の光学特性変化

川口 和弘; 高広 克巳*; 山本 春也; 吉川 正人; 永田 晋二*

Kawaguchi, Kazuhiro; Takahiro, Katsumi*; Yamamoto, Shunya; Yoshikawa, Masahito; Nagata, Shinji*

Auナノ粒子の局在型表面プラズモン共鳴(LSPR)により吸収される可視光の波長や強度は、Auナノ粒子表面の雰囲気によって変化する。このAuナノ粒子の性質を応用して、揮発性有機物を検知する材料開発が行われているが、大気中に置いたAuナノ粒子の表面には不純物が付着するため、吸収される可視光の波長や強度が変化してしまう。本研究では、Arプラズマ及び低エネルギーのArイオン照射を用いて、Auナノ粒子の形態を変化させずにその表面に付着した不純物を除去する方法を検討した。Arプラズマ処理及び加速エネルギー0.4keVのArイオン照射を行うと、観測される可視光吸収のピークが短波長側へと移動した。これらの処理を行う前後で走査型電子顕微鏡によりAuナノ粒子を観察したところ、その平均粒径や形の変化は見られなかったが、X線光電子分光スペクトルの測定を行うと炭素系不純物に由来したピーク強度が減少していた。これらの結果から、Auナノ粒子の形態を変化させずに表面に付着した不純物を除去する方法として、プラズマ処理及び低エネルギーイオン照射が有効であることがわかった。

Optical absorption due to localized surface plasmon resonance (LSPR) of Au nanoparticles (Au NPs) is being applied to optical chemical sensors. In this work, ion sputtering and plasma cleaning have been employed to control the LSPR absorption. Au NPs on quartz and Si substrates were fabricated by RF magnetron sputtering method. The samples were characterized by UV-Vis extinction spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The peak position of LSPR absorption was shifted toward shorter wavelength after ion irradiation and plasma treatment. The SEM observation revealed that the average size of Au NPs did not change before and after ion irradiation and plasma treatment. The XPS analysis showed that the blue-shift of LSPR absorption was resulted from the elimination of hydrocarbons adhered on particle surfaces. We concluded that plasma and ion sputtering treatments are effective method to obtain Au NPs with clean surfaces.

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