通过热力学控制实现镓纳米粒子尺寸分布与光学性质
材料科学
2026-03-25 v2
摘要
镓纳米粒子（Ga-NPs）具有跨越紫外到红外光谱区域的优异等离子体性能，适用于多种纳米光子学应用。然而，由于在物理沉积过程中发生的尺寸异质性 coarsening，合成均匀且有序的 Ga-NP 数组仍具有挑战性。本文系统地研究了基片温度对 Ga-NPs 在 GaAs 基片上通过焦耳效应热电沉积过程中核化、生长和均匀化动力学的影响。原子力显微镜和扫描电子显微镜揭示了在 300-350°C 的最优基片温度范围内，温度依赖性从宽广、双峰型尺寸分布过渡到窄分布的纳米粒子阵列。该温度范围之上，扩散和脱附增加导致尺寸增大、密度降低以及形貌松弛，表现为纳米粒子形状的压平。光学反射率测量识别出不同局部表面等离子体共振（LSPR）模式，其能量与纳米粒子尺寸和长宽比 closely 相关。一个结合纳米粒子密度和尺寸均匀性的质量图量化了中间基片温度的最优条件，与从谱 LSPR 派生的增强等离子体质量因子一致。原位后沉积退火实验确认在较高温度下奥斯特瓦尔德熔化为主导的粗化机制，并强调快速冷却和氧化物壳形成对稳定均匀阵列的必要性。横截面电子能量损失谱学验证了单个 Ga-NPs 的核心-壳结构，量化了温度依赖性氧化物壳的增厚，并确认了 Ga 核心中的液态金属特性...
关键词
引用
@article{arxiv.2512.17658,
title = {Thermal Control of Size Distribution and Optical Properties in Gallium Nanoparticles},
author = {S. Catalan-Gomez and M. Ibanez and J. Rico and V. Braza and D. F. Reyes and M. Villanueva-Blanco and E. Squiccimarro and J. M. Ulloa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.17658},
year = {2026}
}
备注
Supporting Information is included within the document