|
|
Plazmonicky aktivní elektrochemické elektrody na bázi nanotrubic sulfidu wolframičitého pokrytých zlatými nanočásticemi
Salajková, Zita ; Daňhel,, Aleš (oponent) ; Ligmajer, Filip (vedoucí práce)
Při dopadu elektromagnetické vlny na kovovou nanostrukturu dochází za určitých podmínek k jejímu svázání s kmity elektronů a ke vzniku tzv. povrchových plazmonových polaritonů. Při nezářivém zániku těchto kolektivních oscilací dochází k excitaci nosičů náboje, které pak mají na krátký čas mnohem větší energii, než jaká by jim příslušela čistě na základě teploty nanostruktury. Tyto tzv. horké elektrony a díry nacházejí svoje využití ve fotochemických aplikacích, například v reakcích probíhajících na fotoaktivních elektrodách, kde horké elektrony fungují jako katalyzátory. Při výrobě těchto elektrod se nabízí využít zlatých nanočástic, které díky vybuzení plazmonů vykazují ve viditelné nebo blízké infračervené oblasti výrazně (rezonančně) zesílenou absorpci, což by např. mohlo zefektivnit využití solární energie. Tato práce se zabývá elektrochemickými experimenty, které mají sloužit k objasnění principů fotochemických reakcí za přítomností horkých elektronů v našem modelovém systému. Ten je tvořen skleněnými elektrodami s vrstvou cínem dopovaného oxidu inditého pokrytého nanotrubkami ze sulfidu wolframičitého, které na sobě nesou zlaté nanočástice a elektrolytem obsahujícím redoxní komplexy. Porovnání chronoamperometrických měření na jednotlivých součástech tohoto systému ukazuje, že excitace plazmonických nanočástic skutečně vede ke vzniku fotoproudu a že elektrochemické metody mohou sloužit k analýze fotochemických reakcí katalyzovaných horkými elektrony.
|
|
|
Design and fabrication of tunable dielectric metasurfaces for visible and infrared wavelengths
Kepič, Peter ; Dostálek, Jakub (oponent) ; Ligmajer, Filip (vedoucí práce)
Metasurfaces are nanostructured surfaces that can be fabricated to specifically manipulate the propagation of light. They represent a revolution in ultrathin optics and nanophotonic circuits. Adding tunable dielectric materials into metasurfaces’ designs enable them to actively control their optical properties after being fabricated. Vanadium dioxide (VO2) is one of the most promising materials that could provide such tunability due to its phase-transition at temperatures around 67°C. Being able to gradually induce VO2 phase-transition also optically, with a light beam being focused to a few hundreds of nanometers, tunable metasurfaces based on VO2 could be gradually tuned with nanoscale resolution. Here, we demonstrate a full transmission phase and amplitude investigation of VO2 nanostructures for metasurfaces operating in the visible part of the electromagnetic spectrum. The investigation of VO2 nanostructures (metasurface building blocks) is mostly done by simulations, which are later supported by experimental results. Moreover, VO2 nanostructures exhibit Mie resonances that are subsequently utilized for a gradually tunable metasurface in the visible. Besides thermal tuning, the fabricated metasurface is also tuned optically, proving the possibility of gradual optical tuning.
|
|
|
Charakterizace optických vlastností InAs nanodrátů
Hošková, Michaela ; Ligmajer, Filip (oponent) ; Musálek, Tomáš (vedoucí práce)
Bakalářská práce je zaměřena na přípravu InAs nanodrátů a jejich následnou optickou charakterizaci. K přípravě nanodrátů je využita výhradně fyzikální depozice z plynné fáze pomocí metody selektivní epitaxe v aparatuře MBE. Jsou optimalizovány růstové podmínky pro tvorbu nanodrátů a jejich rozměry jsou charakterizovány rastrovacím elektronovým mikroskopem. S pomocí konfokální spektroskopie a spektroskopie ztrát energie elektronů je měřena optická odezva a studován vliv geometrie jednotlivých nanodrátů. Motivací je vývoj nové optické metody monitorující nanodráty přímo při růstu v aparatuře MBE.
|
|
|
Dielectric metasurfaces as modern optical components
Rovenská, Katarína ; Kolařík, Vladimír (oponent) ; Ligmajer, Filip (vedoucí práce)
Thanks to their high versatility and low spatial demands, metasurfaces are promising as replacements of traditional optical components. Within this thesis, attention is brought mostly to the metasurfaces which can replace half wave plates and diffractive beam splitters. Two strategies for fabrication of high-aspect ratio nanostructures from titanium dioxide are demonstrated -- one employing reactive ion etching of TiO2 layer through a metallic hardmask, the other using a patterned electron resist as a mold for atomic layer deposition of TiO2. The optical properties of the fabricated structures, such as phase shift and transmissivity, are also characterized and analyzed.
|
|
|
Uspořádaná a neuspořádaná pole koloidních nanočástic a jejich využití pro detekci biomolekul
Ligmajer, Filip ; Rezek, Bohuslav (oponent) ; Kolíbal, Miroslav (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá depozicí zlatých nanočástic na křemíkové povrchy pomocí řízeného uspořádávání z jejich koloidních roztoků a možným uplatněním nanočástic v detekci biomolekul. Bylo ukázáno, že upravením pH roztoku a modifikací povrchových chemických skupin pomocí expozice vzorku elektronovým svazkem je možné dosáhnout depozice nanočástic do polí s velkou přesností. Spektroskopická elipsometrie byla poté využita k analýze připravených vrstev nanočástic a její kombinace s teorií efektivních prostředí prokázala schopnost určit rozměry nanočástic a jejich koncentraci na povrchu. Za pomocí experimentů s thiolovanými oligonukleotidy bylo ukázáno, že s pomocí elipsometrie lze detekovat i malé změny v okolí nanočástic způsobené přítomností biomolekul, což může umožnit její využití v oblasti biodetekce.
|
|
| |
|
|
Arrays of plasmonic nanostructures made of phase-change materials
Kepič, Peter ; Kejík, Lukáš (oponent) ; Ligmajer, Filip (vedoucí práce)
The crystal structure of phase-change materials can be reconfigured by external stimuli, which often result in a change of materials electrical or magnetic properties. Although this effect has been already used to modulate plasmonic resonances in nanophotonics, it has not been fully examined for the two materials chosen in this work — vanadium dioxide (VO2) and iron-rhodium alloy (FeRh). Plasmonic resonances can be described as resonances of electromagnetic field in metallic nanostructures. With these nanostructures we are even able to modulate light. In this thesis, we firstly optimized electron beam lithography process for production of metal nanodiscs with 40–200nm diameters. Secondly, we measured an optical response of gold nanodiscs to better understand the nature of their plasmonic resonances and interactions between them. Lastly, we described the optimization of polycrystalline VO2 growth and measured optical responses of VO2 and FeRh nanodiscs during their respective phase transitions. Our observation of Mie’s resonances in the dielectric phase of the VO2 nanodiscs suggests, that they have a potential to act as tunable plasmonic resonators which switch from Mie’s resonances in the dielectric phase into plasmonic resonances in the metallic one. When measuring the FeRh nanodiscs, we observed plasmonic resonances in the visible part of the spectrum. These resonances can be used to facilitate FeRh transition from an anti-ferromagnetic to a ferromagnetic phase, as they could lower the required latent heat.
|
|
|
Optical study of laser-induced magnetic phase transitions
Velič, Alexander ; Ligmajer, Filip (oponent) ; Arregi Uribeetxebarria, Jon Ander (vedoucí práce)
To perform ultrafast storage of data based on magnetic materials, a new way of sub-picosecond magnetization is researched. Iron-Rhodium is suggested as convenient material which is capable of performing laser induced magnetization. Preparations for this experiment consists of sample growth using physical vapor deposition method of magnetron sputtering and subsequent sample characterization. Three samples were prepared, each with different concept of temperature tuning. Sample I is tuned via composition alteration ( $Fe_{1-x}Rh_x$ ). Sample II deposition onto a sapphire substrate induced tensile in-plane stress. By carbon doping Iron-Rhodium thin film of sample III. The thin film samples are characterized by using vibrating sample magnetometry and optical microscopy. Vibrating sample magnetometry granted a way of recording field driven and more importantly thermally driven hysteresis curves. Measurements yielded precise values of phase transition temperatures for antiferromagnetic-to-ferromagnetic and ferromagnetic-to-antiferromagnetic were detetermined for samples I, II, and III to be 325.9 K and 306 K, 321 K and 291 K, and 311.8 K and 288 K, respectively. Characteristic values of magnetization saturation, coercive field, residual magnetization and temperature difference between phase transition temperatures were recorded. Custom code in combination with microscopy images offered an insightful information on surface region specific domain growth. Combining results of both methods granted a deeper understanding of ''how'' and ''when'' aforementioned magnetostructural phase transition takes affect. The ultrashort laser induced magnetization utilizes a custom laser set-up. The observation of irradiated Iron-Rhodium thin film using optical microscopy shows stable ferromagnetic domains in a laser path pattern. Thus concluding that Iron-Rhodium thin films are prepared, characterized by magnetometry as a function of temperature, and the ultrafast laser induced magnetization was successfully performed.
|
|
|
Advanced plasmonic materials for metasurfaces and photochemistry
Ligmajer, Filip ; Vala,, Milan (oponent) ; Bauch, Martin (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
Plasmonics – the scientific discipline dealing with interaction between light and metallic materials – when coupled with nanotechnology, offers unprecedented possibilities for light control and utilization. The outcome of this combination can be, for example, focusing of light below the diffraction limit, enhancement of emission or absorption of quantum emitters, or extremely sensitive detection of molecules. This thesis deals with possibilities how to utilize plasmonics for flat optical components, so-called metasurfaces, and for photocatalytic applications based on plasmonically generated electrons with high energy, so-called hot electrons. First, the fundamentals of plasmonics are explained and an overview of its most notable applications is provided. Then, three studies are presented, which cover the use of plasmonic nanostructures for the control of light polarization and phase, for creation of dynamically tunable metasurfaces, and for photo-electrochemistry with hot electrons. The common principle of these studies is the use of advanced – or within these fields uncommon – materials, like, for example, vanadium dioxide or transition metal dichalcogenides.
|
|
|
Kovové nanostruktury s trojrozměrnou topografií pro plazmoniku
Rovenská, Katarína ; Kvapil, Michal (oponent) ; Ligmajer, Filip (vedoucí práce)
Vďaka vysokej koncentrácii voľných elektrónov môže v kovových nanoštruktúrach dochádzať k plazmovej rezonancii. Podobu frekvenčnej závislosti plazmovej rezonancie nanoštruktúr možno meniť viacerými faktormi, čo rozširuje pole ich uplatnenia, dané ich schopnosťou fokusovať svetlo pod difrakčný limit. Predkladaná práca sa zaoberá výrobou zlatých nanoštruktúr pripravených pomocou elektrónovej litografie na kremíkovom substráte. Topografia substrátu je následne upravená technikou mokrého anizotropného leptania. Súčasťou práce je tiež stručný prehľad metód využívaných k výrobe nanoštruktúr s planárnou i trojrozmernou topografiou. Práca ďalej využitím infračervenej spektroskopie analyzuje vplyv veľkosti, tvaru a rozstupu nanoštruktúr ako aj topografie kremíkového substrátu na optickú odozvu pripravených nanoštruktúr. Výsledky predkladanej práce overujú známe trendy spektrálnej závislosti optických charakteristík na spomenutých parametroch v strednej oblasti infračerveného spektra.
|
host ::
RSS.