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Dispersion of nonlinear dielectric function of Au nanoparticles in silica glass

Quantum Beam Center, National Institute for Materials Science, 3-13 Sakura, Tsukuba, Ibaraki, 305-0003, Japan.
Optics Express (Impact Factor: 3.49). 06/2007; 15(10):6010-8. DOI: 10.1364/OE.15.006010
Source: PubMed

ABSTRACT We have investigated wavelength dispersion of photo-induced nonlinear dielectric function of Au nanoparticle materials. Transient transmission and reflection spectra were sequentially measured by the pump-probe method with a femtosecond laser system. The dispersion of real and imaginary parts of the nonlinear dielectric function of Au:SiO(2) nanoparticle material in the vicinity of the surface plasmon resonance was evaluated from these transient spectra with total differential. A local electromagnetic field factor and interband transition in Au nanoparticles directly dominate the dispersion.

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Available from: O.A. Plaksin, Apr 25, 2014
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    ABSTRACT: Les matériaux nanocomposites formés à partir de particules métalliques incluses dans une matrice diélectrique présentent des propriétés inusitées que l'on ne retrouve pas dans les matériaux massiques étant donné la taille nanométrique des particules métalliques. Notamment, la résonance des électrons de conduction du métal sous l'excitation d'une lumière incidente, appelée résonance plasmon de surface (spr), donne lieu à l'apparition d'une bande d'absorption dans le visible ayant une influence drastique sur les propriétés optiques du nanocomposite. La position, la largeur et l'amplitude de cette bande d'absorption sont des fonctions complexes des caractéristiques nano-structurales du nanocomposite, notamment : la nature et la concentration du métal, la taille des nanoparticules, leur forme, l'indice de réfraction de la matrice, etc. Spécifiquement, la présence de particules asymétriques, comme par exemple des particules de forme nano ellipsoïdale, permet l'observation de bandes d'absorption spr multiples résultant en un matériau non-symétrique possédant des propriétés anisotropes. Dans cette thèse, nous présenterons le développement et l'analyse de techniques avancées de fabrication permettant le contrôle précis de la synthèse d'un nanocomposite formé de nanoparticules d'or incluses dans une matrice de silice. Nous avons développé une technique en trois étapes permettant de fabriquer des couches nanocomposites comprenant des particules de tailles et de formes contrôlées. Ces étapes sont : 1) dépôt hybride pulvérisation/dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, 2) recuits thermiques, 3) irradiation à l'aide d'un faisceau d'ions de haute énergie. Subséquemment, la performance optique des matériaux fabriqués a été testée par différentes techniques afin d'en évaluer les propriétés linéaires et non-linéaires. Les premières ont été étudiées par ellipsométrie et spectrophotométrie alors que les deuxièmes l'ont été par les techniques P-Scan et Z-Scan. Plus précisément, nous nous sommes intéressés à la métrologie et au contrôle de l'anisotropie des propriétés du système nanocomposite formé par faisceau d'ions. Une nouvelle approche de mesure des propriétés optiques non-linéaires anisotropes sera présentée. Dans ce document, le lecteur retrouvera une description théorique exhaustive des propriétés optiques (linéaires et non-linéaires) des matériaux nanocomposites métal/diélectrique incluant des modèles détaillés pour la description des propriétés de chacun des constituants du nanocomposite : métal (Drude, Lorentz) et diélectrique (Cauchy).
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    ABSTRACT: Linear and nonlinear (NL) optical properties of composite materials containing high concentration of gold nanoparticles (NPs) were studied using the Maxwell–Garnett model and the degenerated electron gas model. High values of the linear refraction index of the composite, NL shift of the plasmon resonance peak and reversal sign of the real and imaginary parts of the NL third-order susceptibility were observed. Figures of merit for photonic devices were calculated and fulfilled depending of the filling factor and NPs size.
    Applied Physics B 08/2013; 112(2). DOI:10.1007/s00340-013-5425-2 · 1.63 Impact Factor
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    ABSTRACT: Materials for nonlinear optics: Semicontinuous gold films and fast saturable absorbers
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