Original title: Využití kovové sondy pro ovládání optických procesů a zobrazování v blízkém poli
Translated title: Applications of metallic probe for the control of optical processes and near-field imaging
Authors: Gallina, Pavel ; Klapetek, Petr (referee) ; Křápek, Vlastimil (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2018
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [eng] [cze]
Hlavním předmětem této diplomové práce jsou elektromagnetické simulace pomocí metody konečných prvků (FEM) k vyšetření vlivu grafenu na hrotem zesílenou Ramanovu spektroskopii (TERS) a povrchem zesílenou infračervenou absorpční spektroskopii (SEIRA) a k prozkoumání citlivosti sondy skenovacího optického mikroskopu blízkého pole (SNOM) ke složkám elektromagnetického pole v závislosti na parametrech sondy (průměru apertury v pokovení). Nejprve je proveden výpočet TERS systému složeného ze stříbrného hrotu nacházejícího se nad zlatým substrátem s tenkou vrstvou molekul, jehož účelem je porozumění principů TERS. Poté je na molekuly přidána grafenová vrstva, aby se prozkoumal její vliv ve viditelné (TERS) a infračervené (SEIRA) oblasti spektra. Druhá část práce se zabývá výpočty energiového toku SNOM hrotem složeným z pokoveného skleněného vlákna interagujícím s blízkým polem povrchových plasmonových polaritonů. Zde uvažujeme zlatou vrstvu se čtyřmi štěrbinami uspořádanými do čtverce na skleněném substrátu sloužícími jako zdroj stojatého vlnění povrchových plasmonů s prostorově oddělenými maximy složek elektrického pole orientovanými rovnoběžně či kolmo na vzorek. Ve výpočtech hrotem zesílené spektroskopie zjišťujeme, že grafen přispívá pouze malým dílem k zesílení pole ve viditelné oblasti spektra, ovšem v infračervené oblasti má grafen vliv pro záření s energií menší než dvojnásobek Fermiho energie grafenu, pro kterou je hodnota zesílení pole větší než v případě výpočtu bez grafenu. Avšak pro velmi vysoké vlnové délky zesílení pole v přítomnosti grafenu klesá pod (konstantní) hodnotu pro případ bez grafenu. Při studiu citlivosti SNOM hrotu k jednotlivým složkám pole shledáváme, že pro hrot se zlatým pokovením je energiový tok skleněným jádrem hrotu kombinací příspěvků energie prošlé aperturou a periodické výměny energie mezi povrchovým plasmonem šířícím se po vnějším okraji pokovení a mody propagujícími se v jádře. Dále zjišťujeme, že hroty s malou aperturou (či bez apertury) jsou více citlivé na složku elektrického pole orientovanou kolmo ke vzorku (rovnoběžně s osou hrotu), zatímco hroty s velkou aperturou sbírají spíše signál ze složky rovnoběžné s povrchem vzorku. V případě hrotu s hliníkovým pokovením jsou hroty citlivější ke složce pole rovnoběžné s povrchem, což je způsobeno slabším průnikem pole skrze pokovení. The main subject of this master’s thesis are electromagnetic simulations using the finite element method (FEM) to investigate the influence of graphene on tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) and surface-enhanced infrared absorption spectroscopy (SEIRA) and to inspect the sensitivity of the scanning near-field optical microscope (SNOM) probe to the components of electromagnetic field depending on the parameters of the probe (the aperture diameter in the metallic coating). First, the calculation of TERS system composed of a silver tip located above a gold substrate with a thin layer of molecules is carried out to understand the principles of TERS. Then the graphene layer is added on top of the molecules to examine its influence in visible (TERS) and infrared (SEIRA) region of the spectrum. The second part focuses on the calculations of energy flux through a metal coated glass fiber forming a SNOM tip interacting with the near-field of surface plasmon polaritons. Here, we consider a gold layer with four slits arranged in a square pattern on a glass substrate serving as a source of a surface plasmon polariton standing wave with spatially separated maxima of in-plane and out-of-plane electric field components.
Keywords: citlivost SNOM hrotu; grafen; grafenem zesílená Ramanova spektroskopie; hrotem zesílená Ramanova spektroskopie; metoda konečných prvků; plasmonika; povrchem zesílená infračervená absorpční spektroskopie; povrchové plasmonové polaritony; skenovací optický mikroskop blízkého pole; fineite element method (FEM); graphene; graphene-enhanced Raman spectroscopy (GERS); plasmonics; scanning near-field optical microscopy (SNOM); SNOM tip sensitivity; surface plasmon polaritons (SPP); surface-enhanced infrared absorption spectroscopy (SEIRA); tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS)

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/83374

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-613022


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses