3D characterization and plasmon mapping of gold nanorods welded by femtosecond laser irradiation

Citation

T. Milagres de Oliveira, W. Albrecht, G. Gonzalez-Rubio, T. Altantzis, I. P. Lobato Hoyos, A. Beche, S. Van Aert, A. Guerrero-Martinez, L. M Liz-Marzan, S.a Bals; 3D characterization and plasmon mapping of gold nanorods welded by femtosecond laser irradiation; ACS Nano 2020, 14, 12558−12570

Abstract

Ultrafast laser irradiation can induce morphological and structural changes in plasmonic nanoparticles. Gold nanorods (Au NRs), in particular, can be welded together upon irradiation with femtosecond laser pulses, leading to dimers and trimers through the formation of necks between individual nanorods. We used electron tomography to determine the 3D (atomic) structure at such necks for representative welding geometries and to characterize the induced defects. The spatial distribution of localized surface plasmon modes for different welding configurations was assessed by electron energy loss spectroscopy. Additionally, we were able to directly compare the plasmon line width of single-crystalline and welded Au NRs with single defects at the same resonance energy, thus making a direct link between the structural and plasmonic properties. In this manner, we show that the occurrence of (single) defects results in significant plasmon broadening.

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Traducción del Resumen al español: La irradiación con láseres ultrarrápidos puede inducir cambios morfológicos y estructurales en nanopartículas plasmónicas. En particular, las nanovarillas de oro (Au NRs) pueden soldarse entre sí al ser irradiadas con pulsos láser de femtosegundos, dando lugar a dímeros y trímeros mediante la formación de cuellos entre nanovarillas individuales. Utilizamos tomografía electrónica para determinar la estructura 3D (atómica) en dichos cuellos para geometrías de soldadura representativas y para caracterizar los defectos inducidos. La distribución espacial de los modos de plasmones de superficie localizados para diferentes configuraciones de soldadura se evaluó mediante espectroscopía de pérdidas de energía de electrones. Además, pudimos comparar directamente el ancho de línea plasmónico de nanovarillas de Au monocristalinas y soldadas con defectos individuales a la misma energía de resonancia, estableciendo así una relación directa entre las propiedades estructurales y plasmónicas. De este modo, mostramos que la presencia de defectos (individuales) da lugar a un ensanchamiento plasmónico significativo.

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