Rekonfigurowalne nanomateriały plazmoniczne na bazie prętopodobnych oraz dimerycznych mezogenów

Przełom XX i XXI wieku to okres niezwykle intensywnego rozwoju technologii elektronicznych, które zrewolucjonizowały wszystkie gałęzie przemysłu oraz nasze życie codzienne. Nadzieja na dalszy, szybki rozwój nowoczesnych technologii pokładana jest w konstrukcji nowych urządzeń optoelektronicznych. Kluczowym czynnikiem limitującym ich rozwój są jednak ograniczone możliwości miniaturyzacji elementów pozwalających na gromadzenie oraz przetwarzanie ogromnych ilości danych. Jednym z najbardziej perspektywicznych sposobów przezwyciężenia tych ograniczeń jest przygotowanie materiałów, które pozwolą na aktywną kontrolę światła w mikro, a nawet nano skali. W tym kontekście kluczowe może być uzyskanie materiałów złożonych z dynamicznie rekonfigurowalnych układów plazmonicznych nanocząstek metali szlachetnych, wykazujących przełączalne oraz odwracalne zmiany właściwości optycznych. Przeprowadzone przeze mnie badania obejmujące syntezę nowych typów ciekłokrystalicznych nanomateriałów o dynamicznie kontrolowanej strukturze oraz właściwościach optycznych idealnie wpisują się w trend poszukiwania nowych metod zarządzania światłem i mogą stanowić ważny wkład w osiągnięcie powyżej opisanych celów. Pierwszą grupą otrzymanych przeze mnie materiałów były agregaty plazmonicznych nanocząstek o dynamicznie rekonfigurowanej strukturze w stanie stałym. W ramach tej ścieżki badań zaprojektowałem, otrzymałem, a następnie pokryłem powierzchnię nanocząstek nowym typem związków mezogenicznych i promezogenicznych (o budowie podobnej do mezogenów). Tym samym, udało mi się uzyskać szereg nanomateriałów o rekonfigurowalnej za pomocą zmian temperatury strukturze i wynikającym z tego faktu, odwracalnie zmienianym położeniu maksimum pasma absorpcji. Drugim celem moich badań było otrzymanie helikalnych agregatów nanocząstek, które będą stanowiły podstawę do badań nad układami wykazującymi chiralność plazmonową. W przeprowadzonych eksperymentach udowodniłem, że samoorganizacja nanocząstek w układy helikalne możliwa przez połączenie dwóch dotychczas stosowanych technik samoorganizacji. W szczególności, połączeniu strategii rozwijanej w pierwszej części badań, czyli pokrycia ich powierzchni ligandami o właściwościach (pro)mezogenicznych, a także strategii opartej na wykorzystaniu mezogenicznej matrycy organicznej. Dzięki zaprojektowaniu i uzyskaniu związków dimerycznych tworzących helikalne fazy B4 (matryca) oraz przyłączeniu do powierzchni nanocząstek związków o zbliżonej do matrycy strukturze molekularnej (ligandy), otrzymałem materiały, w których nanocząstki organizują się w nano- oraz mikrometrycznej wielkości układy helikalne. Uzyskiwanie materiałów o jak najwyższym stopniu uporządkowania wymaga poznania istoty samego procesu samoorganizacji nanocząstek. Dlatego też podczas prowadzonych badań szczególną uwagę poświęciłem zbadaniu wpływu wybranych warunków krystalizacji nanocząstek na stopień ich uporządkowania oraz właściwości optyczne uzyskiwanych nanomateriałów hybrydowych.

The turn of the 20th and 21nd centuries was a period of extremely intensive development of electronic technologies that have revolutionized all branches of industry as well as our everyday live. It is believed that further development of modern technologies is dependent on the construction of new optoelectronic devices. The key factors limiting development of this type of devices are the weak possibilities of miniaturization of elements that allow for the collection and conversion of huge amounts of data. To overcome these limitations, it is necessary to prepare materials that will allow for active light control in micro- and even nano-scale. A particularly promising prospect in this regard is obtaining materials composed of dynamically reconfigurable plasmonic nanoparticle assemblies which exhibit reversibly switchable optical properties. The results of my research, including the preparation of new types of liquid-crystalline nanomaterials with dynamically controlled structure and optical properties, perfectly fit the trend of searching for new methods of light management and may constitute an important contribution to the achievement of the above described goals. The first type of the obtained materials were plasmonic nanoparticles assemblies with dynamically reconfigurated structure in the solid state. I designed, received and then covered nanoparticles surface with a new type of mesogenic compounds (or with structure similar to mesogens, so-called promesogenic compounds). In this way, I obtained five series of nanomaterials with a structure and plasmonic band maxima position controlled by temperature changes. The second aim of my research was the preparation of helical nanomaterials, which will be the basis for research on systems exhibiting plasmonic chirality. In the experiments conducted, I proved that obtaining materials in which nanoparticles self-assemble into helical systems is possible using an approach consisting of combining two techniques of nanoparticle selfassembly used so far. This strategy relies on doping nanoparticles covered with liquid crystalline ligands to a liquid-crystalline matrix. Due to the use of dimeric compounds forming B4 helical phases (matrix) and the attachment of compounds with a matrix-like structure (ligands) to nanoparticles' surface, I obtained materials in which nanoparticles organize into nano- and micro-metric helical systems. Obtaining materials with the highest degree of ordering requires an understanding of the essence of the nanoparticles self-assembly process. Therefore, during my research I devoted a lot of attention to examining the influence of selected nanoparticle crystallization conditions on the degree of their order and optical properties of the obtained systems.