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In Situ Solid-State Dewetting of Ag-Au-Pd Alloy: From Macro- to Nanoscale

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Autor(es):
Lyu, Peifen ; Matusalem, Filipe ; Deniz, Ece ; Rocha, Alexandre Reily ; Leite, Marina S.
Número total de Autores: 5
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES; v. 16, n. 45, p. 11-pg., 2024-11-04.
Resumo

Metal alloy nanostructures represent a promising platform for next-generation nanophotonic devices, surpassing the limitations of pure metals by offering additional "buttons" for tailoring their optical properties by compositional variations. While alloyed nanoparticles hold great potential, their scalability and underexplored optical behavior still limit their application. Here, we establish a systematic approach to quantifying the unique optical behavior of the AgAuPd ternary system while providing a direct comparison with its pure constituent metals. Computationally, we analyze their electronic structure and uncover the transition of Pd d states to Pd/Ag hybridized s states in the bulk form, explaining the similar optical properties observed between Pd and AgAuPd. Experimentally, we fabricate pure metal and fully alloyed nanoparticles through solid-state dewetting, a scalable method. During the process, we trace the optical transition in the systems from the initial thin film stage to the final nanoparticle stage with in situ ellipsometry. We reveal the interplay between optical properties influenced by chemical interdiffusion and localized surface plasmon resonance arising from morphological changes with ex situ surface characterizations. Additionally, we analytically implement a metallic layer derived from the ternary system in a trilayer device, resulting in a single-time and irreversible color filter, to demonstrate an application encompassing a lithography-free and cost-effective route for nanophotonic devices. (AU)

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Processo FAPESP: 21/14335-0 - ICTP Instituto Sul-Americano para Física Fundamental: um centro regional para Física Teórica
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Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Projetos Especiais
Processo FAPESP: 23/09820-2 - Design de materiais: dos materiais quânticos às aplicações em energia
Beneficiário:Gustavo Martini Dalpian
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
Processo FAPESP: 17/02317-2 - Interfaces em materiais: propriedades eletrônicas, magnéticas, estruturais e de transporte
Beneficiário:Adalberto Fazzio
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
Processo FAPESP: 23/11751-9 - Utilizando aprendizado de máquina para sistemas sob o efeito de um potencial externo: introduzindo modelos de potenciostato em dinâmica molecular baseada em redes neurais
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Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa