The scientific and technological interest for metal-dielectric nanocomposite thin films emanates from the excitation of localized surface plasmon resonances (LSPRs) on the metal component. The overall optical response of the nanocomposite is governed by the refractive index of the dielectric matrix and the properties of the metallic nanoparticles in terms of their bulk optical properties, size, and shape, and the inter-particle distance of separation. In order to tune the film morphology and optical properties, complex synthesis processes which include multiple steps—i.e., film deposition followed by post-deposition treatment by thermal or laser annealing—are commonly employed. In the present study, we demonstrate that the absorption resonances of Ag/AlOxNy nanocomposite films can be effectively tuned from green (∼2.4 eV) to violet (∼2.8 eV) using a single-step synthesis process that is based on modulating the arrival pattern of film forming species with sub-monolayer resolution, while keeping the amount of Ag in the films constant. Our data indicate that the optical response of the films is the result of LSPRs on isolated Ag nanoparticles that are seemingly shifted by dipolar interactions between neighboring particles. The synthesis strategy presented may be of relevance for enabling integration of plasmonic nanocomposite films on thermally sensitive substrates.

1.
U.
Kressig
and
M.
Wollmer
,
Optical Properties of Metal Clusters
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
1995
).
2.
A.
Tao
,
P.
Sinsermsuksakul
, and
P.
Yang
,
Nat. Nanotechnol.
2
,
435
(
2007
).
3.
N. M.
Figueiredo
,
T.
Kubart
,
J. A.
Sanchez-García
,
R.
Escobar Galindo
,
A.
Climent-Font
, and
A.
Cavaleiro
,
J. Appl. Phys.
115
,
63512
(
2014
).
4.
S.
Dutta-gupta
,
O. J. F.
Martin
,
S. D.
Gupta
, and
G. S.
Agarwal
,
Opt. Express
20
,
1330
(
2012
).
5.
N.
Zhang
,
K.
Liu
,
H.
Song
,
Z.
Liu
,
D.
Ji
,
X.
Zeng
,
S.
Jiang
, and
Q.
Gan
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
203112
(
2014
).
6.
S.
Esposito
,
A.
Antonaia
,
M. L.
Addonizio
, and
S.
Aprea
,
Thin Solid Films
517
,
6000
(
2009
).
8.
R.
Del Coso
,
J.
Requejo-Isidro
,
J.
Solis
,
J.
Gonzalo
, and
C. N.
Afonso
,
J. Appl. Phys.
95
,
2755
(
2004
).
9.
J.
Toudert
,
H.
Fernandez
,
D.
Babonneau
,
S.
Camelio
,
T.
Girardeau
, and
J.
Solis
,
Nanotechnology
20
,
475705
(
2009
).
10.
J.
Menéndez
,
B.
Bescós
,
G.
Armelles
,
R.
Serna
,
J.
Gonzalo
,
R.
Doole
,
A.
Petford-Long
, and
M.
Alonso
,
Phys. Rev. B
65
,
205413
(
2002
).
11.
K. L.
Kelly
,
E.
Coronado
,
L. L.
Zhao
, and
G. C.
Schatz
,
J. Phys. Chem. B
107
,
668
(
2003
).
12.
C.
Noguez
,
J. Phys. Chem. C
111
,
3806
(
2007
).
13.
R.
Serna
,
C. N.
Afonso
,
J. M.
Ballesteros
,
A.
Naudon
,
D.
Babonneau
, and
A. K.
Petford-Long
,
Appl. Surf. Sci.
138–139
,
1
(
1999
).
14.
S. K.
Mandal
,
R. K.
Roy
, and
A. K.
Pal
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
35
,
2198
(
2002
).
15.
J.-P.
Barnes
,
N.
Beer
,
A. K.
Petford-Long
,
A.
Suárez-García
,
R.
Serna
,
D.
Hole
,
M.
Weyland
, and
P. A.
Midgley
,
Nanotechnology
16
,
718
(
2005
).
16.
D.
Lantiat
,
J.
Toudert
,
D.
Babonneau
,
S.
Camelio
,
C.
Tromas
, and
L.
Simonot
,
Rev. Adv. Mater. Sci.
15
,
150
(
2007
).
17.
G.
Abrasonis
,
G. J.
Kovács
,
L.
Ryves
,
M.
Krause
,
A.
Mücklich
,
F.
Munnik
,
T. W. H.
Oates
,
M. M. M.
Bilek
, and
W.
Möller
,
J. Appl. Phys.
105
,
83518
(
2009
).
18.
E.
Ćspedes
,
J.
Toudert
,
D.
De Sousa Meneses
,
C.
Prieto
, and
A.
Traverse
,
J. Appl. Phys.
108
,
124309
(
2010
).
19.
A.
Siozios
,
D. C.
Koutsogeorgis
,
E.
Lidorikis
,
G. P.
Dimitrakopulos
,
T.
Kehagias
,
H.
Zoubos
,
P.
Komninou
,
W. M.
Cranton
,
C.
Kosmidis
, and
P.
Patsalas
,
Nano Lett.
12
,
259
(
2012
).
20.
N. M.
Figueiredo
,
F.
Vaz
,
L.
Cunha
,
S. E.
Rodil
, and
A.
Cavaleiro
,
Surf. Coat. Technol.
255
,
130
(
2014
).
21.
M.
Jerčinović
,
N.
Radić
,
M.
Buljan
,
J.
Grenzer
,
I.
Delač-Marion
,
M.
Kralj
,
I.
Bogdanović-Radović
,
R.
Hübner
,
P.
Dubček
,
K.
Salamon
, and
S.
Bernstorff
,
J. Nanopart. Res.
16
,
2296
(
2014
).
22.
J.
Xiong
,
M. Z.
Ghori
,
B.
Henkel
,
T.
Strunskus
,
U.
Schürmann
,
L.
Kienle
, and
F.
Faupel
,
Acta Mater.
74
,
1
(
2014
).
23.
A.
Siozios
,
H.
Zoubos
,
N.
Pliatsikas
,
D. C.
Koutsogeorgis
,
G.
Vourlias
,
E.
Pavlidou
,
W.
Cranton
, and
P.
Patsalas
,
Surf. Coat. Technol.
255
,
28
(
2014
).
24.
J.
Gonzalo
,
R.
Serna
,
J.
Requejo
,
J.
Solı́s
,
C.
Afonso
, and
A.
Naudon
,
Appl. Surf. Sci.
154–155
,
449
(
2000
).
25.
J.
Gonzalo
,
R.
Serna
,
J.
Solís
,
D.
Babonneau
, and
C. N.
Afonso
,
J. Phys.: Condens. Matter
15
,
S3001
(
2003
).
26.
D.
Babonneau
,
G.
Abadias
,
J.
Toudert
,
T.
Girardeau
,
E.
Fonda
,
J. S.
Micha
, and
F.
Petroff
,
J. Phys.: Condens. Matter
20
,
35218
(
2008
).
27.
E.
Céspedes
,
D.
Babonneau
,
O.
Lyon
,
J.
Sánchez-Marcos
,
S.
Rouzière
,
C.
Prieto
,
L.
Olivi
, and
A.
Traverse
,
J. Appl. Phys.
107
,
104306
(
2010
).
28.
S.
Bernstorff
,
V.
Holý
,
J.
Endres
,
V.
Valeš
,
J.
Sobota
,
Z.
Siketić
,
I.
Bogdanović-Radović
,
M.
Buljan
, and
G.
Dražić
,
J. Appl. Crystallogr.
46
,
1711
(
2013
).
29.
J. C. G.
de Sande
,
R.
Serna
,
J.
Gonzalo
,
C. N.
Afonso
,
D. E.
Hole
, and
A.
Naudon
,
J. Appl. Phys.
91
,
1536
(
2002
).
30.
R.
Serna
,
A.
Suárez-García
,
C. N.
Afonso
, and
D.
Babonneau
,
Nanotechnology
17
,
4588
(
2006
).
31.
E.
Céspedes
,
D.
Babonneau
,
D.
De Sousa Meneses
,
C.
Prieto
,
E.
Fonda
,
O.
Lyon
,
E.
Briand
, and
A.
Traverse
,
J. Appl. Phys.
109
,
094308
(
2011
).
32.
L.
Yang
,
G. H.
Li
, and
L. D.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
1537
(
2000
).
33.
J.
Sancho-Parramon
,
V.
Janicki
,
M.
Lončarić
,
H.
Zorc
,
P.
Dubček
, and
S.
Bernstorff
,
Appl. Phys. A
103
,
745
(
2011
).
34.
V.
Antad
,
L.
Simonot
, and
D.
Babonneau
,
Nanotechnology
24
,
045606
(
2013
).
35.
V.
Antad
,
L.
Simonot
, and
D.
Babonneau
,
J. Nanopart. Res.
16
,
2328
(
2014
).
36.
N.
Kalfagiannis
,
A.
Siozios
,
D. V.
Bellas
,
D.
Toliopoulos
,
L.
Bowen
,
N.
Pliatsikas
,
W. M.
Cranton
,
C.
Kosmidis
,
D. C.
Koutsogeorgis
,
E.
Lidorikis
, and
P.
Patsalas
,
Nanoscale
8
,
8236
(
2016
).
37.
V.
Elofsson
,
G. A.
Almyras
,
B.
,
R. D.
Boyd
, and
K.
Sarakinos
,
Acta Mater.
110
,
114
(
2016
).
38.
K.
Sarakinos
and
D.
Magnfält
, “
Method of coating a substrate so as to provide a controlled in-plane compositional modulation
,”
Patent pending application PCT/EP2014/052831
(13 February 2014).
39.
B.
,
E. P.
Münger
, and
K.
Sarakinos
,
J. Appl. Phys.
117
,
134304
(
2015
).
40.
V.
Elofsson
,
B.
,
D.
Magnfält
,
E. P.
Münger
, and
K.
Sarakinos
,
J. Appl. Phys.
116
,
44302
(
2014
).
41.
M.
Björck
and
G.
Andersson
,
J. Appl. Crystallogr.
40
,
1174
(
2007
).
42.
C. M.
Herzinger
,
B.
Johs
,
W. A.
McGahan
,
J. A.
Woollam
, and
W.
Paulson
,
J. Appl. Phys.
83
,
3323
(
1998
).
43.
44.
O. L.
Krivanek
,
M. F.
Chisholm
,
V.
Nicolosi
,
T. J.
Pennycook
,
G. J.
Corbin
,
N.
Dellby
,
M. F.
Murfitt
,
C. S.
Own
,
Z. S.
Szilagyi
,
M. P.
Oxley
,
S. T.
Pantelides
, and
S. J.
Pennycook
,
Nature
464
,
571
(
2010
).
45.
ICDD powder diffraction file No. 00-004-0783.
46.
M.
Buljan
,
S. R. C.
Pinto
,
A. G.
Rolo
,
J.
Martín-Sánchez
,
M. J. M.
Gomes
,
J.
Grenzer
,
A.
Mücklich
,
S.
Bernstorff
, and
V.
Holý
,
Phys. Rev. B
82
,
235407
(
2010
).
47.
M.
Buljan
,
U.
Desnica
,
M.
Ivanda
,
N.
Radić
,
P.
Dubček
,
G.
Dražić
,
K.
Salamon
,
S.
Bernstorff
, and
V.
Holý
,
Phys. Rev. B
79
,
35310
(
2009
).
48.
C. T.
Campbell
,
Surf. Sci. Rep.
27
,
1
(
1997
).
49.
B.
,
V.
Elofsson
,
E. P.
Münger
, and
K.
Sarakinos
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
163107
(
2014
).
50.
A.
Steyer
,
P.
Guenon
,
D.
Beyens
, and
C. M.
Knobler
,
Phys. Rev. B
42
,
1086
(
1990
).
51.
W. W.
Mullins
,
J. Appl. Phys.
28
,
333
(
1957
).
52.
N.
Liu
,
M.
Hentschel
,
T.
Weiss
,
A. P.
Alivisatos
, and
H.
Giessen
,
Science
332
,
1407
(
2011
).
53.
R. T.
Hill
,
J. J.
Mock
,
A.
Hucknall
,
S. D.
Wolter
,
N. M.
Jokerst
,
D. R.
Smith
, and
A.
Chilkoti
,
ACS Nano
6
,
9237
(
2012
).
54.
T. W. H.
Oates
and
A.
Mücklich
,
Nanotechnology
16
,
2606
(
2005
).
55.
G.
Armelles
,
A.
Cebollada
,
A.
García-Martín
, and
M. U.
González
,
Adv. Opt. Mater.
1
,
10
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.