Silbercluster auf einer Quarzoberfläche-Einfluß unterschiedlicher Adsorbate auf die optischen Eigenschaften der Cluster und Photochemie mit Femtosekundenlaserpulsen

Abstract

In dieser Arbeit werden die Päparation kleiner Silber-Nanopartikel auf einer Quarzoberfläche und die Charakterisierung derselben durch Extinktionsspektroskopie vorgestellt. Wichtige Informationen über die Oberflächenmorphologie sind dadurch erhältlich. Hierfür wurde die Abhängigkeit der Positionen der Plasmonenresonanzen von der Geometrie und der Bedeckungsdichte der Cluster genutzt. In weiterführenden Messungen wurden Xenon und Benzol auf die Cluster adsorbiert. Die beobachtete Rotverschiebung der Plasmonenresonanzen beruhte hauptsächlich auf dielektrischer Abschirmung durch die Adsorbatschicht. Aus diesen Messungen konnte die absolute Breite und Höhe der Cluster bestimmt werden. In weiteren Experimenten wurde Wasser auf die Nanopartikel adsorbiert und die durch Femtosekundenlaserpulse (400 nm Wellenlänge) induzierte Photodesorption mit Zwei-Puls-Korrelations- und Fluenzabhängigkeitsmessungen untersucht. Die Messungen zeigten, daß der Desorptionsprozeß durch die Ankoppelung des Adsorbats an die Phononen des Nanopartikels induziert wird. Es wird ein Modell vorgestellt, das den Temperaturverlauf des Nanopartikelgitters nach der Anregung durch einen Femtosekundenlaserpuls auf der Basis der experimentellen Daten beschreibt. Die maximal erreichte Gittertemperatur betrug fast 1200 K und die Abkühlzeit des Gitters lag bei einigen hundert Pikosekunden. Abschließend werden erste Experimente an Cyclopentadienyl-Tri-Carbonyl auf Quarz dargestellt. Die Messungen zeigten, daß das Molekül durch einen Zwei- Photonen-Prozeß während der ersten 20-30 Femtosekundenlaserpulse unter Abspaltung von CO-Liganden dissoziiert. Infolge der Dissoziation bilden sich Carbonylkomplexe, die als Absorptionszentren für die Laserpulse wirken. Die dann einsetzende Desorption des gesamten Moleküls ist ein thermischer Prozeß.

The photodesorption mechanism of water from quartz-supported silver nanoparticles has been studied by femtosecond laser two-pulse correlation and fluence dependence measurements. With the laser wavelength close to the maximum of the (1,1) plasmon resonance of the nanoparticles, the desorption was found to be purely thermal, i.e., induced by coupling of the desorption coordinate to the nanoparticle lattice temperature, both in low- and high coverage regimes. The lattice cooling times of the nanoparticles are in the range of several hundred picoseconds, in accordance with recent time-resolved X-ray measurements. Also observed is a reversible red-shift of the nanoparticle plasmon modes with increasing adsorbate (xenon and benzene) coverage which is attributed to dielectric screening.