Optical and functional properties of vacuum-deposited nanostructured systems

Abstract

Recent advances in optical coatings have been strongly influenced by the development of nanostructured materials-engineered at the nanometer scale to enable precise control over optical properties. By tuning the composition and morphology at this scale, it is possible to achieve enhanced light absorption, reduced reflectance, and tailored spectral selectivity. These characteristics are vital for a wide range of photonic applications, including optical filters, antireflective coatings, solar energy harvesting, and sensing technologies. In photovoltaics, for instance, nanostructured coatings can improve light trapping and significantly boost energy conversion efficiency. Among nanostructured materials, nanocomposites stand out as a highly versatile class of functional materials. These multiphase systems typically combine conventional matrix materials-such as dielectrics or polymers-with metallic or plasmonic nanoparticles. Of particular interest are nanocomposites incorporating noble metals (Au, Ag, Cu) or alternative plasmonic materials such as TiN, ZrN, HfN, and ITO, which exhibit localized surface plasmon resonances (LSPR). LSPR arises from the collective oscillation of conduction electrons in response to incident light, resulting in pronounced absorption bands near the material's plasma...

Pokrok v oblasti optických vrstev je výrazně ovlivněn vývojem v oblasti nanostrukturovaných materiálů - navrhovaných na nanometrové škále za účelem precizního řízení jejich optických vlastností. Úpravou složení a morfologie v tomto měřítku je možné dosáhnout zvýšené absorpce světla, snížené odrazivosti a řízené spektrální selektivity. Tyto vlastnosti jsou zásadní pro širokou škálu fotonických aplikací, včetně optických filtrů, antireflexních vrstev, fotovoltaických aplikací a senzorů. Například ve fotovoltaice mohou nanostrukturované povlaky zlepšit absorpcí světla a výrazně zvýšit účinnost přeměny energie. Mezi nanostrukturovanými materiály vynikají nanokompozity jako nový typ funkčních materiálů. Tyto vícefázové systémy obvykle kombinují konvenční tenkovrstevné materiály - jako jsou dielektrika nebo polymery - s kovovými nanočásticemi, primárně obsahujícími ušlechtilé kovy (Au, Ag, Cu) nebo alternativní plasmonické materiály jako TiN, ZrN, HfN a ITO, které vykazují (LSPR) vlastnost. LSPR vzniká jako kolektivní oscilace vodivostních elektronů v odezvě na elektromagnetické záření, což vede k výrazným absorpčním pásům v blízkosti plazmové frekvence materiálu. Ačkoli je základní fyzika plasmonického chování dobře popsána, nadále přetrvávají výzvy v oblasti řízené syntézy a přesného optického...