|
|
Plasmonic antennas for high wavelengths
Beneš, Adam ; Chvátal, Lukáš (referee) ; Křápek, Vlastimil (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá vlastnostmi plazmonických antén v oblasti vysokých vlnových délek. Důraz je kladen na popis rezonančních vlastností jednotlivých antén i antén uspořádaných do periodických polí. Těžiště práce spočívá v počítačovém modelování navýšení magnetického pole v blízkosti antén, které lze využít ve vysokofrekvenční elektronové paramagnetické rezonanci (HFEPR) k zesílení měřeného signálu. Autor se zabývá kvantifikací zesílení v anténách s odlišnou geometrií a navrhuje i geometrii vlastní. Značná část práce se také věnuje snaze rozlišit příspěvky k navýšení magnetického pole od různých zdrojů při měření HFEPR v uspořádání s dvojitou transmisí záření.
|
|
|
Numerical optimization of absorption of mid-infrared plasmonic structures
Kulič, Martin ; Křápek, Vlastimil (referee) ; Kvapil, Michal (advisor)
Plasmonic nanostructures have a long and rich history in spectroscopy and sensing. First, we look at the history and applications of plasmonic structures and we discuss the parameters that influence the enhancement of various methods. Then the influence of plasmonic nanostructures on energy absorption in a thin layer of silicon oxide, silicon nitride and silicon-rich oxynitride of varying thickness is probed using Lumerical FDTD Solutions software. The last part of this thesis focuses on numerical demonstration of application of plasmonic antennas in spectroscopy.
|
|
|
Imaging the magnetic field of plasmonic antennas based on Babinet's principle
Špičáková, Tereza ; Horák, Michal (referee) ; Křápek, Vlastimil (advisor)
This thesis concerns plasmonic antennas and the electromagnetic field of surface plasmon polaritons. In the first chapter we look at the theory of the electromagnetic field and the electromagnetic wave associated with the interface between metals and dielectric materials and we explain Babinet’s principle. In the next part of the thesis we describe the process of fabrication of plasmonic antennas using Kaufman ion source and focused ion beam. We continue wuth the theoretical description of the electron energy loss spectroscopy and the application of this method for characterizing the optical response of these structures. In the last part we introduce the principles of processing the measured data and the conclusions drawen frome this data. Next we will analyze the limits of the validity of Babinet’s principle and using this principle, we will image the magnetic field of the antennas. Finally, we discuss the possibilities of describing this problem with computer simulation.
|
|
|
Strong coupling in plasmonic antennas
Beneš, Adam ; Křápek, Vlastimil (referee) ; Kejík, Lukáš (advisor)
Localized surface plasmons generated by ilumination of metallic nanostructures focuses light into nanoscale regions where it can interacts with other nanoobjects nearby. This bachelor's thesis focuses on fabrication of plasmonic antennas suitable for strong coupling with non-conductive or semiconductor nanostructures such as dye molecules or quantum dots in visible range. At first we put forward some theoretical background and summary of strong coupling systems. In the main section we describe process of fabrication and characterization of plasmonics antennas as well as deposition methods for emitors. Lastly, we study interactions in our systems using spectroscopic measurements and strong coupling is realized using FDTD simulations.
|
|
|
Applications of metallic probe for the control of optical processes and near-field imaging
Gallina, Pavel ; Klapetek, Petr (referee) ; Křápek, Vlastimil (advisor)
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.
|
|
|
Babinet principle for plasmonic antennas: complementarity and differences
Horák, M. ; Křápek, V. ; Hrtoň, M. ; Metelka, O. ; Šamořil, T. ; Stöger-Pollach, M. ; Paták, Aleš ; Šikola, T.
Plasmonics deals mainly with surface plasmon polaritons (SPP), which are collective oscillations of free electrons at metal-dielectric interfaces connected with the local electromagnetic field. When SPP are spatially restricted to a metallic nanoparticle, we talk about localized surface plasmons (LSP). LSP resonances can be characterized with an excellent spectral and spatial resolution by electron energy loss spectroscopy (EELS) and cathodoluminescence. Both techniques utilize an electron beam that interacts with the metallic nanoparticle and excites the LSP resonances. EELS measures the energy transferred from electrons to the LSP and cathodoluminescence deals with the light which the LSP emit during their decay. Babinet principle, originating in the wave theory of light and analysis of diffraction, relates the optical response of apertures in thin films and their complementary particle analogues. According to the Babinet principle, LSP in complementary particles and apertures have identical resonance energies and their near fields are closely linked: the electric field distribution of a specific in-plane polarization for an aperture corresponds to the magnetic field distribution of a perpendicular polarization for a particle.
|
|
|
Luminescence of semiconductors studied by scanning near-field optical microscopy
Těšík, Jan ; Klapetek, Petr (referee) ; Křápek, Vlastimil (advisor)
This work is focused on the study of luminescence of atomic thin layers of transition metal chalkogenides (eg. MoS2). In the experimental part, the work deals with the preparation of atomic thin layers of semiconducting chalcogenides and the subsequent manufacturing of plasmonic interference structures around these layers. The illumination of the interference structure will create a standing plasmonic wave that will excite the photoluminescence of the semiconductor. Photoluminescence was studied both by far-field spectroscopy and near-field optical microscopy.
|
|
|
Quantum description of superradiance of emitters with plasmon-mediated interaction
Olivíková, Gabriela ; Chvátal, Lukáš (referee) ; Křápek, Vlastimil (advisor)
Superradiance is an enhanced decay of an excited system of emitters resulting from their mutual coupling. This thesis is focused on superradiance of the emitters coupled via their interaction with a plasmonic nanoparticle. So-called plasmon-mediated superradiance results in even stronger enhancement of the decay rate as the nanoparticle serves as an additional decay chanel. We have developed a quantum model of the system of emitters coupled to a plasmonic nanoparticle, which allows us to differentiate between a pure dephasing and decay processes. We show that the pure dephasing can destroy the cooperative effect leading to superradiance. Furthermore, we have studied how the direct mutual coupling between emitters affects time evolution of the system in dependence on its configuration, and we show conditions when a decay of the system is dramatically decreased by direct coupling.
|
|
|
Unidirectional plasmonic antennas
Formanová, Veronika ; Křápek, Vlastimil (referee) ; Kvapil, Michal (advisor)
This thesis deals with directional V-shaped plasmonic antennas. In the thesis, an analytical model of antenna emission is proposed. The results of analytical computations are compared with results of numerical simulations in Lumerical FDTD Solutions package. Also, the process of fabrication of such antennas by electron beam lithography and measurement of optical properties using Fourier infrared spectroscopy is described and measured antenna resonant spectra are shown. Finally, there is a proposal of an experiment to prove the emission directivity of fabricated V-shaped antennas.
|
|
| |
guest ::
