Colloidal plexcitonic nanocrystals

Abstract

Noble metal nanocrystals, especially gold and silver, which have attracted a great deal of attention due to the supporting of surface plasmon polaritons (SPPs), have been extensively investigated and studied. With recent developments in colloid chemistry, synthesis of noble metal nanocrystals with tunable optical properties in the visible region of the electromagnetic spectrum has become easier. Until now, noble metal nanocrystals (NPs) synthesized by using various synthetic methods, have a variety of shapes, such as bipyramid, rod, disk, prism, and ring, etc. In the strong coupling regime, SPPs supported by metal nanocrystals interact strongly with excitons of organic dyes, semiconducting quantum dots (carbon or perovskite quantum dots) to generate a new hybrid optical mode called plexciton (plasmon-exciton). Plexcitonic nanocrystals have received interest owing to their ease of synthesis, scalability, and ability to provide sub-wavelength confinement of incident light and offer promising applications. Plasmon–exciton interaction at nanoscale dimension can be improved by generating new plexcitonic nanoparticles with tunable optical properties, which may be utilized in critical applications such as nanolasers, sensors, nano-optics, solar cells, and light emitting diodes. Therefore, there has been a tremendous amount of interest in the synthesis of new plexcitonic nanocrystals having excellent optical and chemical properties. The main goal of this thesis is to synthesize new plexcitonic nanoparticles with tunable optical properties in the visible spectrum: (i) synthesis of different shaped colloidal monometallic and bimetallic nanocrystals, (ii) synthesis of new colloidal plexcitonic nanocrystals, (iii) synthesis of carbon quantum dots (CDs), (iv) coupling of excitons of CDs and SPPs on the silver thin film.

Soy metal nanokristaller, özellikle altın ve gümüş, yüzey plazmon polaritonları desteklemeleri nedeniyle büyük ilgi görmüş, kapsamlı bir şekilde araştırılıp ve çalışılmıştır. Kolloid kimyasındaki son gelişmeler ile elektromanyetik spektrumun görünür bölgesinde ayarlanabilir optik özelliklere sahip asil metal nanokristallerin sentezi kolaylaşmıştır. Şimdiye kadar çeşitli sentetik yöntemler kullanılarak sentezlenen asil metal nanokristaller bipiramid, çubuk, disk, prizma ve halka vb. gibi çeşitli şekillere sahiptir. Güçlü birleştirme rejiminde, metal nanokristaller tarafından desteklenen yüzey plazmon polaritonları, plekziton (plazmon-eksiton) adı verilen yeni bir hibrit optik mod oluşturmak için organik boyaların, yarı iletken kuantum noktaların, karbon noktaların veya perovskitlerin eksitonları ile güçlü bir şekilde etkileşime girer. Plekzitonik nanokristaller, sentez kolaylıkları, ölçeklenebilirlikleri ve gelen ışığın sınırlandırılmasını sağlama yetenekleri ve umut verici uygulamalar sunmaları nedeniyle ilgi görmüştür. Nano boyuttaki plazmon-eksiton etkileşimi, nanolazerlerde, sensörlerde, nanooptiklerde, güneş pillerinde ve ışık yayan diyotlarda kritik uygulamalarda kullanılabilen ayarlanabilir optik özelliklere sahip yeni pleksitonik nanoparçacıklar üretilerek geliştirilebilir. Bu nedenle, mükemmel optik ve kimyasal özelliklere sahip yeni pleksitonik nanokristallerin sentezine büyük bir ilgi vardır. Bu tezin temel amacı, görünür spektrumda ayarlanabilir optik özelliklere sahip yeni pleksitonik nanopartiküllerin sentezlenmesidir: (i) farklı şekillere sahip kolloidal monometalik ve bimetalik nanokristallerin sentezi, (ii) yeni kolloidal pleksitonik nanokristallerin sentezi, (iii) karbon kuantum nokta sentezi, (iv) karbon kuantum noktaların eksitonları ve gümüş ince film tarafından desteklenen yüzey plasmon polaritonlarının etkileşimi.