Σε αυτή την διπλωματική στο ΠΜΣ Επιστημής Υλικών, έγινε προσπάθεια δημιουργίας νέων πλασμονικών δομών, μέσω της οξείδωσης μεταβατικών μετάλλων από τα στερεά τους διαλλύματα που αναπτύχθηκαν μέσω της τεχνικής της ιοντοβολής. Ελέγχοντας, την διεθνή βιβλιογραφία δεν βρέθηκε τρόπος παρεμφερής της πειραματικής διαδικασίας που ακολουθήθηκε, για την επίτευξη πλασμονικών δομών. Τα συστήματα που μελετήθηκαν είναι υμένια CuO / Au και Cu2O / Au, όπου η διηλεκτρική μήτρα είναι το ημιαγώγιμο οξείδιο και το πλασμονικό μέταλλο είναι το ευγενές μέταλλο του Au. Επίσης, να σημειωθεί ότι έλαβαν χώρα προκαταρκτικά πειράματα με χρήση NiO, όπου και αποδεικνύεται η γενικότητα της μεθοδολογίας, που ακολουθείται. Συνολικά, υπήρξαν τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις σε Au στα υμένια, οι οποίες πιστοποιήθηκαν μέσω της τεχνικής EDS. Πέραν, του επηρεασμού που δέχτηκαν τα ημιαγώγιμα οξείδια του χαλκού στο ενεργειακό διάκενο (υπολογισμός μέσω φασματοσκοπίας απορρόφησης ορατού / υπεριώδους UV / VIS), εξαιτίας της δημιουργίας διαφορετικών παχών υμενίου (φαινόμενα κβαντικού περιορισμού) και της παρουσίας του ευγενούς μετάλλου (Au), το σημαντικότερο σημείο είναι αυτό που αφορά την μελέτη και παρατήρηση εντοπισμένων επιφανειακών πλασμονικών συντονισμών (υπολογισμός μέσω τεχνικής UV / VIS), των λεγόμενων Localized Surface Plasmon Resonances – LSPR, τα οποία σχετίζονται με την απόκριση των ηλεκτρονίων αγωγιμότητας των μεταλλικών νανοσωματίδίων (< 100 nm) με μέγεθος μικρότερο από το μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται κάποια διαγράμματα που αφορούν επιφανειακούς πλασμονικούς συντονισμούς σε μεταλλικά υμένια Au – Cu. Οι συντονισμοί LSPR μελετήθηκαν για διάφορους ρυθμούς ανόπτησης και για διάφορες συγκεντρώσεις. / In this thesis, an attempt was made to create new plasmonic structures, through the technique of sputtering. Going through the literature we could not find way similar experimental procedure followed to achieve plasmonic structures. The systems that have been studied are films CuO / Au and Cu2O / Au, wherein the dielectric matrix is semiconductor oxide and the plasmon metal is a noble metal of Au. Overall, there were three different concentrations of Au in the films, which were identified through EDS. In addition, the influence of thin film thickness on the energy gap due to quantum confinement was studied. The most important point is the observation of localized surface plasmon resonances (calculation through UV / VIS), the so-called LSPR, which are related to the response of the free electrons of metal nanoparticles (<100 nm) to the electric field of light. Resonances LSPR studied for various annealing rates and different concentrations of gold. We have to say that, after the appropriate annealing, we observed the creation of solid solutions (XRD).

Το αντικείμενο της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι η ανάπτυξη νέων υλικών για σύγχρονες τεχνολογικές εφαρμογές. Για αυτό τον λόγο, επιλέχτηκε κατ’ αρχήν να αναπτυχθεί μια καινούρια και ταυτόχρονα πρωτότυπη διαδικασία παρασκευής νανοσωματιδίων. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκε και ανακατασκευάστηκε εξ’ αρχής μια υπάρχουσα συσκευή sputtering, εφαρμόζοντας νέες τεχνικές και διατάξεις για την εναπόθεση των λεπτών και υπέρλεπτων υμενίων χρυσού σε διαφορετικές θερμοκρασίες υποστρώματος. Παρασκευάστηκαν δείγματα σε κρυογενικές θερμοκρασίες εναπόθεσης (-195 oC) έως και σε υψηλές Θερμοκρασίες των 450 oC. Παράλληλα πραγματοποιήθηκε και σύγκριση με μια σειρά δειγμάτων λεπτών υμενίου χρυσού με θερμική ανόπτηση μετά την εναπόθεση έως τους 800 oC. Αφού μελετήθηκε ο τρόπος ανάπτυξης των υμενίων του χρυσού με αυτές τις τεχνικές, και χαρακτηρίστηκαν τα λεπτά υμένια με διαφόρους τρόπους, επιλέχθηκε η πιο αποδοτική από μορφολογικής άποψης μέθοδος, για την παρασκευή νανοσωματιδίων χρυσού. Έτσι παρασκευάστηκαν υπέρλεπτα υμένια χρυσού, κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες. Αυτά τα δείγματα έδωσαν νανοσωματίδια χρυσού της τάξεως των μερικών νανομέτρων, ικανά να δώσουν βάση των φασμάτων απορρόφησης, επιφανειακούς πλασμονικούς συντονισμούς σε διάφορα μήκη κύματος από τα 2 - 2,5 eV ανάλογα με το μέγεθος των νανοσωματιδίων που καθορίζουμε από τις συνθήκες του πειράματος. Στην συνέχεια παρασκευάστηκαν αντίστοιχα δείγματα από ένα νέο σύγχρονο υλικό, που αποτελείται από χρυσό, γερμάνιο και άργυρο. Χρησιμοποιώντας την ίδια διάταξη παρασκευάστηκαν αντίστοιχα υπέρλεπτα υμένια, στα οποία ανιχνεύτηκαν υβριδικά νανοσωματίδια χρυσού – αργύρου σε αναλογίες 1:1, προστατευμένα από μια άμορφη υαλώδη μήτρα οξειδίου του γερμανίου. Τέλος, κατά τον οπτικό χαρακτηρισμό των δειγμάτων αυτών και διαπιστώθηκε από τα φάσματα απορρόφησης συνδυασμένος επιφανειακός πλασμονικός συντονισμός. Τέλος, τα μεταλλικά και τα ημιαγώγιμα υπέρλεπτα υμένια έχουν τεράστια σημασία σε διάφορους τομείς της επιστήμης των υλικών και της νανοτεχνολογίας. Έτσι, η πρωτότυπη πειραματική διάταξη που αναπτύχτηκε είναι ενδιαφέρουσα για την παρασκευή μιας πληθώρας νάνο-ηλεκτρομηχανικών και οπτοηλεκτρονικών συστημάτων βασισμένα σε διάφορα σύγχρονα υλικά. / The objective of this Thesis is to develop new high – Tech materials for modern technological applications. For this reason, we have chosen in principle to develop a new prototype manufacturing process for growth of nanoparticles. For this purpose we designed and rebuilt from the beginning an existing D.C. sputtering apparatus to apply new techniques and devices for the deposition of thin and ultrathin films of gold at various substrate temperatures. We prepared samples at cryogenic temperatures deposition (-195 oC) up to a high temperature of 450 oC. The results were compared with a series of samples of thin gold films post annealed up to 800 oC. After studying the growth modes of thin gold films with these techniques, and characterize thin films in different ways, we chose the most efficient method from morphological point of view, for the optimum preparation of gold nanoparticles. So we proceeded to the deposition of ultrathin gold films, under certain conditions. These samples gave us gold nanoparticles in the range of a few nanometers, able to give us surface plasmon resonances at different wavelengths from 2 - 2,5 eV depending on the size of nanoparticles. Then samples were prepared respectively from a modern new target material consisting of gold, germanium and silver. Using the same configuration we were able to prepare ultrathin films. These films were found to consist of Au-Ag nanoparticles self-organized in an amorphous GeOx matrix. Finally, we proceeded to the optical characterization of these samples and found on the absorption spectra combined surface plasmon resonances. Finally, the metal and the semiconductor ultrathin films are crucial in various fields of materials science and nanotechnology. Thus, the original experimental setup which was developed is useful in order to prepare a multitude of nano - electromechanical and optoelectronic systems based on various modern materials.