|
|
Plasmonically active electrochemical electrodes based on tungsten disulfide nanotubes decorated with gold nanoparticles
Salajková, Zita ; Daňhel,, Aleš (referee) ; Ligmajer, Filip (advisor)
When an electromagnetic wave illuminates metal nanostructure under right circumstances, it can couple to the motion of electrons and thus give rise to so-called LSPR. When these collective oscillations non-radiatively decay, they excite charge carriers that can have, for a short moment of time, highly non-thermal energy distribution. These so-called "hot" electrons and holes can then take part in photochemical applications, e.g. in reactions on photoactive electrodes where hot electrons act as catalysts. Gold nanoparticles seem to be a good candidate for fabrication of such electrodes because they exhibit resonantly enhanced absorption due to plasmon excitation in the visible and near infrared spectral range, which could make the solar energy harvesting more efficient. In this work we present electrohemical experiments that should help to clarify the underlying principles of photochemical reactions involving hot electrons. Our model system consists of indium tin oxide electrodes covered with tungsten disulphide nanotubes that were previously decorated by gold nanoparticles. By comparing the results of chronoamperometric measurements on individual components of this system it was shown that excitation of plasmonic nanoparticles indeed leads to photocurrents and that electrochemical methods can serve as a valuable tool for analysis of photochemical reactions catalyzed by hot electrons.
|
|
|
Design and fabrication of tunable dielectric metasurfaces for visible and infrared wavelengths
Kepič, Peter ; Dostálek, Jakub (referee) ; Ligmajer, Filip (advisor)
Metapovrchy sú nanoštruktúrované povrchy vytvorené za účelom špecifického ovládania propagácie svetla. Predstavujú revolúciu v oblastiach ultratenkých optických prvkov a nanofotonických obvodov. Zakomponovaním laditeľných dielektrických materiálov do metapovrchov sa otvára možnosť aktívne ovládať ich optické vlastnosti aj po tom, čo boli vyrobené. Oxid vanadičitý (VO2) takéto ladenie umožňuje vďaka svojej fázovej premene už pri teplote okolo 67°C a preto sa radí k najsľubnejším z laditeľných dielektrických materiálov. Nakoľko je možné postupnú fázovú premenu vo VO2 vybudiť opticky a lúč svetla je možné fokusovať do stopy s veľkosťou pár stoviek nanometrov, laditeľné metapovrchy obsahujúce VO2 by mohli byť ladené postupne a dokonca s nanometrovým rozlíšením. V tejto práci skúmame fázu a amplitúdu svetla po prechode VO2 nanoštruktúrami usporiadanými do metapovrchu navrhnutého pre viditeľnú zložku elektromagnetického žiarenia. Výskum fáze a amplitúdy je založený na numerických simuláciách VO2 nanoštruktúr (stavebných kameňov metapovrchov), ktoré sú následne overené experimentálnymi výsledkami. VO2 nanoštruktúry vykazujú taktiež Mieho dielektrické rezonancie, ktoré sú v závere tejto práce využité v postupne laditeľnom metapovrchu fungujúcom vo viditeľnej oblasti. Okrem termálneho ladenia je možné vyrobený metapovrch ovládať taktiež opticky, čo dokazuje možnosť postupného ladenia na nanometrových rozmeroch.
|
|
|
Optical characterization of InAs nanowires
Hošková, Michaela ; Ligmajer, Filip (referee) ; Musálek, Tomáš (advisor)
This bachelor thesis deals with the fabrication and optical characterization of InAs nanowires. Physical vapor deposition is used for the fabrication of nanowires via method selective epitaxy in the MBE chamber. The growth conditions for the formation of nanowires are optimized and their dimensions are characterized by a scanning electron microscope. Confocal spectroscopy and electron energy loss spectroscopy are employed for measurement of the optical response and the influence of the geometry of individual nanowires is studied. The motivation is the development of a new optical method that monitors nanowires directly during growth in the MBE apparatus.
|
|
|
Dielectric metasurfaces as modern optical components
Rovenská, Katarína ; Kolařík, Vladimír (referee) ; Ligmajer, Filip (advisor)
Vďaka ich vysokej verzatilite a nízkej priestorovej náročnosti sú metapovrchy sľubným nasledovníkom tradičných optických komponentov. Táto práca sa upriamuje na metapovrchy, ktoré môžu nahradiť polvlnné doštičky a difraktívne deliče zväzku. Práca prezentuje dve stratégie výroby nanoštruktúr z oxidu titaničitého s vysokým pomerom strán -- jedna používa reaktívne iónové leptanie vrstvy TiO2 skrz kovovú masku, kým druhá používa štrukturovaný elektrónový rezist ako formu pre depozíciu atomárnych vrstiev TiO2. V závere práce sú charakterizované a analyzované optické vlastnosti vyrobených štruktúr, predovšetkým ich fázový posun a transmisivita.
|
|
|
Ordered and disordered arrays of colloidal nanoparticles for biomolecule detection
Ligmajer, Filip ; Rezek, Bohuslav (referee) ; Kolíbal, Miroslav (advisor)
This thesis deals with guided self-assembly of gold nanoparticles from their colloidal solutions onto silicon substrates and possible employment of nanoparticles for detection of biomolecules. It was found that by adjustment of solution pH and surface chemistry modification by means of electron beam irradiation it is possible to facilitate nanoparticle deposition to patterns with almost single particle precision. Spectroscopic ellipsometry was then employed in analysis of self-assembled layers of nanoparticles and its combination with a theory of effective medium approximation has proven the ability to assess nanoparticle dimensions and volume fractions. By experiments with thiolated oligonucleotides it has been shown that using ellipsometry one can detect even with very subtle changes in nanoparticle environment caused by biomolecules, thus promising its possible use in the field of biodetection.
|
|
| |
|
|
Arrays of plasmonic nanostructures made of phase-change materials
Kepič, Peter ; Kejík, Lukáš (referee) ; Ligmajer, Filip (advisor)
Kryštálovú štruktúru materiálov s fázovou premenou dokážeme meniť dodaním vonkajšej energie, čo má za následok zmenu ich elektrických alebo magnetických vlastností. Hoci sa tento efekt ovládania plazmonických rezonancií v nanofotonike využíva, dva materiály zvolené v tejto práci — oxid vanadičitý (VO2) a zliatina železa a ródia (FeRh) — neboli zatiaľ dostatočne preskúmané. Plazmonické rezonancie môžu byť charakterizované ako rezonancie electromagnetického poľa v kovovvých nanoštruktúrach. Týmito nanoštruktúrami sme dokonca schopní ovládať svetlo. Na začiatku tejto práce sa venujeme optimalizovaniu procesu elektrónovej litografie pre výrobu 50nm vysokých kovových nanodiskov s priemermi 40–200nm. V druhej časti skúmame optickú odozvu zlatých nanodiskov, aby sme lepšie pochopili povahu plazmonických rezonancií a interakcií medzi nimi. V poslednej časti sa venujeme optimalizácii výroby polykryštalického VO2 a meraniam optických odoziev VO2 a FeRh nanodiskov počas ich fázovej premeny. Pri meraní VO2 nanodiskov v dielektrickej fázi sme pozorovali Mieho rezonancie. Tieto nanodisky sa majú potenciál chovať ako laditeľné plazmonické štruktúry, ktorých Mieho rezonancie v dielektrickej fázy VO2 sa menia na plazmonické rezonancie v kovovej fázy. Počas merania FeRh nanodiskov sme pozorovali plazmonické rezonancie vo viditeľnom spektre. Tieto rezonancie môžu byť použité na zníženie energie potrebnej na prechod FeRh z anti-feromagnetickej do feromagnetickej fázy.
|
|
|
Optical study of laser-induced magnetic phase transitions
Velič, Alexander ; Ligmajer, Filip (referee) ; Arregi Uribeetxebarria, Jon Ander (advisor)
Na vykonanie ultrarýchleho ukladania údajov na základe magnetických materiálov sa skúma nový spôsob sub-pikosekundovej magnetizácie. Železo-ródium sa navrhuje ako vhodný materiál, ktorý je schopný vykonávať laserom indukovanú magentizáciu. Prípravy na tento experiment pozostávajú z rastu vzorky pomocou metódy fyzikálneho naparovania magnetrónovým naprašovaním a následnej charakterizácie vzorky. Boli pripravené tri vzorky, každá s iným konceptom teplotného ladenia. Ukážka I je vyladená zmenou kompozície ( $Fe_{1-x}Rh_x$ ). Uloženie vzorky II na zafírový substrát indukované ťahovým napätím v rovine. Dopovaním uhlíka železo-ródiového tenkého filmu vzorky III. Tenkovrstvové vzorky sú charakterizované použitím vibračnej magnetometrie vzorky a optickej mikroskopie. Vibračná magnetometria vzorky poskytla spôsob zaznamenávania hysteréznych kriviek riadených poľom a čo je dôležitejšie, aj tepelne. Merania poskytli presné hodnoty teplôt fázového prechodu pre antiferomagnetické-k-feromagnetické a feromagnetické antiferomagnetické vzorky I, II a III boli určené na 325,9 K a 306 K, 321 K a 291 K, respektíve 311,8 K a 288 K. Boli zaznamenané charakteristické hodnoty saturácie magnetizácie, koercitívneho poľa, pomer zvyškovej magnetizácie a teplotného rozdielu medzi teplotami fázového prechodu. Vlastný kód v kombinácii s mikroskopickými obrázkami ponúkal dômyselné informácie o raste domén špecifických pre povrchovú oblasť. Kombinácia výsledkov oboch metód umožnila hlbšie pochopenie ‘’ako’’ a ‚‘‘kedy‘‘ vyššie uvedený magnetoštrukturálny fázový prechod. Ultrarýchla laserom indukovaná magnetizácia využíva vlastný dizajn lasera. Pozorovanie ožiareného tenkého filmu železo-ródia pomocou optickej mikroskopie ukazuje stabilné feromagnetické domény na vzorke v laserovej dráhe. Dospeli sme teda k záveru, že sú pripravené tenké vrstvy železo-ródia charakterizované magnetometriou ako funkcia teploty a bola úspešne vykonaná ultrarýchla magnetizácia indukovaná laserom.
|
|
|
Advanced plasmonic materials for metasurfaces and photochemistry
Ligmajer, Filip ; Vala,, Milan (referee) ; Bauch, Martin (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Plazmonika, tedy vědní obor zabývající se interakcí světla s kovovými materiály, nabízí ve spojení s nanotechnologiemi nezvyklé možnosti, jak světlo ovládat a využívat. Výsledkem tohoto spojení může být například zaostřování světla pod difrakční limit, zesilování emise nebo absorbce kvantových zářičů, či extrémně citlivá detekce molekul. Tato práce se zabývá zejména možnostmi využití plazmoniky pro vývoj plošných optických prvků, tzv. metapovrchů, a pro fotokatalytické aplikace založené na plazmonicky generovaných elektronech s vysokou energií, tzv. horkých elektronech. Nejprve jsou vysvětleny teoretické základy plazmoniky a je poskytnut přehled jejích nejvýznamnějších aplikací. Poté jsou představeny tři studie zabývající se využitím plazmonických nanostruktur pro ovládání fáze a polarizace světla, pro vytváření dynamicky laditelných metapovrchů, a pro foto-elektrochemii s horkými elektrony. Společným prvkem těchto studií je pak používání pokročilých, resp. v rámci těchto oblastí netradičních, materiálů, jako např. oxidu vanadičitého nebo dichalkogenidů přechodných kovů.
|
|
|
Metallic nanostructures with three-dimensional topography for plasmonics
Rovenská, Katarína ; Kvapil, Michal (referee) ; Ligmajer, Filip (advisor)
Due to high concentration of free electrons, metallic nanostructures can support plasmonic resonances. The spectral shape of plasmonic resonances may be tuned by many factors and because of it, the field of their application, given by their capability of focusing light under the diffraction limit, broadens. This thesis deals with fabrication of gold nanostructures by electron beam litography on top of a silicon substrate. The topography of the substrate is subsequentially modified by wet anistropic etching. A part of this thesis also briefly reviews methods for fabrication of nanostructures with planar or three-dimensional topography. Using the infrared spectroscopy, this thesis further analyzes the effect of size, shape, spacing of the nanostructures, and also the substrate topography on the optical response of the fabricated nanostructures. The outcomes of this thesis verify previously described tendencies of spectral relations between optical properties and named parameters in the mid-infrared region.
|
guest ::
