Upowszechnienie w ostatnich kilku dekadach nowych metod wytwarzania nanostruktur zmieniło oblicze fotoniki. Pojawiła się nowa dziedzina optyki – plazmonika, zajmująca się falami plazmonowo-polarytonowymi propagującymi się wzdłuż granicy ośrodków metalicznych i dielektrycznych. Fale te są coraz częściej wykorzystywane w działaniu urządzeń fotonicznych.
W szczególności, nanostruktury zawierające cienkie warstwy srebra i złota mają wiele zastosowań, ze względu na niskie straty omowe w tych metalach. Wśród zastosowań wyróżnić można m.in. ogniskowanie wiązek optycznych z rozdzielczością lepszą niż to wynika z ograniczenia dyfrakcyjnego, kształtowanie frontu fal elektromagnetycznych, wytwarzanie struktur czułych na polaryzację, czy też wykrywanie substancji chemicznych za pomocą czujników wykorzystujących zlokalizowane rezonanse plazmonowe. Właściwości optyczne nanowarstw Ag i Au, wynikające m.in. z ich ziarnistej struktury krystalicznej zależą od materiału, na jakim dana warstwa została osadzona. W szczególności, w przypadku podłóż szklanych, aby zapewnić ciągłość i gładkość submikrometrowych warstw metalu – a tym samym ograniczyć straty optyczne wynikające z rozpraszania, konieczne jest stosowanie wykonanych z materiału trzeciego międzywarstw o grubości nieprzekraczającej 5 nm, które poprawiają przyleganie metalu do podłoża – tzw. warstw zwilżających. Osadzenie warstw Ag lub Au na pewnych rodzajach warstw zwilżających skutkuje migracją atomów z tych warstw adhezyjnych ku powierzchni metali – jest to proces segregacji. Obce atomy obecne w strukturze warstw srebra i złota mogą drastycznie zmieniać parametry optyczne tych warstw.
Niniejsza rozprawa poświęcona jest zbadaniu zjawiska segregacji atomów Ge i Te z nanowarstw zwilżających w kierunku powierzchni warstw Ag i Au. W pracy omówiony został również wpływ stosowania nanowarstw zwilżających Ge i Te na strukturę ziarnistą wzrastanych na nich warstw Ag i Au. Ponadto, przedstawiony jest wynik dla nanowarstw zwilżających Se i Si. Entalpia swobodna oraz szybkość procesu segregacji zależą od różnicy promieni atomowych oraz energii powierzchniowych materiału zwilżającego i osadzanego – które wpływają na entalpię segregacji – a także, od ziarnistej struktury krystalicznej warstw metali – która wpływa na entropię segregacji. Atomy Ge i Te segregują ku powierzchni warstw Ag i Au wzdłuż granic ich ziaren. W rezultacie, ziarna metalu graniczące z powierzchnią otoczone są warstwą atomów segregującego półprzewodnika. Na takich ziarnach wzbudzane są plazmony zlokalizowane, co modyfikuje efektywne wartości przenikalności warstw metali, wprowadzając do widma przenikalności dodatkowe rezonanse absorpcyjne.
Przeprowadzono również analizę wpływu czynników takich jak wygrzewanie oraz zmiana ilościowego stosunku atomów półprzewodnika do atomów metalu na krystaliczność i właściwości optyczne warstw Ag oraz Au. Na podstawie tej analizy, poszerzonej o badania próbek zawierających jednocześnie warstwy Ag i Au zaproponowano model struktury, w którym szybkość segregacji germanu w warstwach Ag będzie znacząco ograniczona