|
|
Nanostructures for advanced plasmonic applications
Kejík, Lukáš ; Brzobohatý,, Oto (oponent) ; Dostálek,, Jakub (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
Plasmonics, characterized by the coupling of free electron oscillations in metals with electromagnetic waves, has come to the forefront with advancements in nanotechnology. This synergy results in remarkable properties of nanoscale objects, characterized by confined and enhanced electromagnetic fields. These features pave the way for a wide array of nanostructure applications, spanning biosensing, emission enhancement, solar energy harvesting, and optical component substitution. This dissertation is centered on the application of plasmonic nanostructures, primarily focusing on planar optical components known as metasurfaces. Additionally, it explores their use in photocatalytic applications, harnessing the energetic hot charge carriers generated through plasmonics. The dissertation begins with an introduction to the theoretical foundations of plasmonics, highlighting key parameters governing plasmonic properties and providing an overview of its most compelling applications. Subsequently, it comprises four experimental sections which show the utilization of plasmonic nanostructures for various purposes, including the phase of light control, dynamic metasurfaces, investigations of inner crystallinity effects, and the utilization of hot charge carriers in photoelectrochemical systems. These studies share a common theme of employing advanced or less conventional materials, such as vanadium dioxide or transition metal dichalcogenides, within the realms of plasmonics and nanotechnology.
|
|
|
Current Induced Magnetization Dynamics in Nanostructures
Uhlíř, Vojtěch ; Thiaville, André (oponent) ; Ravelosona, Dafiné (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
This thesis deals with the study of current-induced magnetization dynamics and domain wall (DW) motion in NiFe/Cu/Co nanowires, induced by the so-called spin-transfer torque effect. Prior to this work, transport measurements had proven that in this trilayer system, DWs in NiFe can be moved with relatively low current densities, suggesting a particularly high spin-torque efficiency. The aim of this study has been to use photoemission electron microscopy combined with x-ray magnetic circular dichroism at synchrotron radiation sources to observe directly the magnetic configurations in the trilayers and their evolution during and after the application of nanosecond current pulses. An important step of the work has been to optimize the growth of the NiFe/Cu/Co layers, in the view of increasing interface quality and minimize interlayer coupling. The process of nanowire patterning by e-beam lithography has also been optimized. Two kinds of measurements have been carried out: i) quasi static measurements, where the domain configuration is observed before and after the application of current pulses and ii) dynamic measurements, where the magnetic configuration has been observed during the application of current pulses. The first measurements have allowed us to study the statistical behaviour of DWs under the application of current pulses: on one hand, the domain wall velocities reach extremely high values for relatively low current densities (up to 600 m/s for 5x10^11 A/m^2). On the other hand, DW motion over distances larger than 2-3 microns is strongly hindered by pinning. Time-resolved measurements during the current pulses, carried out for the first time by our team, have allowed us to demonstrate that the NiFe magnetization is strongly tilted in the direction transverse to the nanowire direction, due to the presence of a transverse Oersted field. This effect might contribute to the enhancement of DW velocities in the NiFe layers.
|
|
|
Plasmon enhanced photoluminescence
Édes, Zoltán ; Kůsová,, Kateřina (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
The diploma thesis deals with plasmon-enhanced photoluminescence in semiconductors. Fistly, the basic theory of the interaction between localized surface plasmons and photoluminescent materials is described. Two mechanisms leading to plasmon-enhanced photoluminescence are discussed. Subsequently, the design of the apparatus for measuring photoluminescence is depicted and the way of its assembly described. Functionality of the apparatus is tested by measuring photoluminescent spectra of bulk GaN, nanocrystalline Si and CdTe quantum dots. Finally, the preparation method of samples consisting of metal nanospheres and photoluminescence active CdTe quantum dots is investigated.
|
|
|
Vývoj a aplikace UHV zařízení pro depozice tenkých vrstev (Atomární a iontové svazkové systémy)
Mach, Jindřich ; Čech, Vladimír (oponent) ; Lencová, Bohumila (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
V disertační práci je popsán vývoj dvou zařízení pro přípravu ultratenkých vrstev v UHV (ultravysoké vakuum) podmínkách. Je zde stručně popsána teorie atomárních svazků a dále pak podrobněji konstrukce uvedených zdrojů. V první části je popsána konstrukce termálního atomárního zdroje navrženého pro formování svazků atomů kyslíku nebo vodí-ku. Dále je uveden návrh a konstrukce iontově-atomárního zdroje pro depozici s asistencí iontových svazků. Zařízení kombinuje principy efuzní cely s elektronově srážkovým ionto-vým zdrojem generující ionty o energii iontů (30-100 eV). Zdroj byl uspěšně užit pro de-pozici GaN vrstev na Si(111) 7x7 za pokojové teploty.
|
|
|
Semianalytical approach to simulations in nanophotonics
Hrtoň, Martin ; Hohenester, Ulrich (oponent) ; Aizpurua, Javier (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
Numerical simulations have become an indispensable part of the design process in nanophotonics, which inevitably led to the development of specialized software dedicated to this task. Although there is a number of capable and commercially available options that can serve that purpose, many applications require data analysis that goes beyond the standardly offered analysis tools. The data post-processing lies at the focus of this thesis, with emphasis on the development of semianalytical models that are tailored specifically to each type of experiment, providing better insight into its physical background and improved agreement between theory and measurements. A major part of the thesis is dedicated to the plasmon enhanced electron paramagnetic resonance (PE EPR), a novel technique employing metallic antennas for enhancing the interaction between light and materials exhibiting magnetic spin transitions. Fundamental principles of this effect are laid down and a model facilitating rapid optimization of antenna arrays for thin film PE EPR spectroscopy is presented. Particular attention is paid to the current distribution and to advantages it offers when dealing with far-field projections and electromagnetic interaction between objects. This is further demonstrated on several applications, namely the phase imaging of metasurfaces using coherence controlled holographic microscope, the design of a metasurface-based fan-out element, and the multipolar analysis of far-fields generated by objects embedded within stratified media.
|
|
|
Aplikace metapovrchů pro strukturální zbarvení
Červinka, Ondřej ; Brzobohatý, Oto (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
Barevné filtry umožňují fotosenzorům získat informace o spektrálním složení dopadajícího záření, ať už za účelem napodobení lidského zraku nebo separace analytického signálu. Snaha o zvýšení rozlišení senzorů vede k snižování velikosti jednotlivých obrazových elementů – pixelů, což klade stále vyšší požadavky na technologii barevných filtrů. Konvenční barevné filtry založené na principu absorpce záření v organických barvivech jsou velice rozšířené, ale již přestávají vyhovovat rostoucím nárokům na rozlišení senzorů. Na pomoc přichází pole metapovrchů, které pomocí svých elementů – nanostruktur – umožňují separovat barvy a vytvářet tak strukturální zbarvení. Existuje již mnoho přístupů, jak pomocí metapovrchů barvy separovat, avšak každý kromě svých výhod s sebou nese i jisté nevýhody. V této práci představujeme nový přístup k separaci barev s vysokou účinností využívající manipulace s polarizací záření. Barevný filtr je nejdříve modelován a optimalizován prostřednictvím numerických simulací a poté je v čistých prostorách vyroben pomocí nanofabrikačních metod. Na závěr jsou vlastnosti barevného filtru ověřeny vybranými optickými spektroskopickými metodami.
|
|
|
Nanofotonika
Dvořák, Petr ; Rezek, Bohuslav (oponent) ; PhD, Jakub Dostálek, (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
Tato disertační práce se zabývá experimentálním výzkumem interference povrchových plazmonových polaritonů (SPP) pomocí rastrovací optické mikroskopie v blízkém poli (SNOM). V první kapitole je vytvořen teoretický základ pro fyzikální popis většiny fyzikálních dějů a souvisejících závislostí, které jsou studovány. Mezi tyto závislosti patří: závislosti výsledného interferenčního obrazce SPP na homogenitě, polarizaci, vlnové délce a fázi budicího osvětlení, na geometrii interferenčních budicích struktur a na náklonu vzorku vůči budicímu osvětlení. Dále je zde navržena nová experimentální metoda, která umožňuje pomocí numerických simulací nebo pomocí SNOM měření odhalovat citlivost SNOM sondy na detekci jednotlivých komponent elektrické intenzity blízkého pole. Nakonec je zde prezentována nová mikroskopická technika, která umožňuje 3D kvantitativní zobrazení rozložení fáze nad plazmonovými metapovrchy.
|
|
|
Povrchové plazmonové rezonance na koloidních nanočásticích
Beránek, Jiří ; Brzobohatý,, Oto (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
Předkládaná diplomová práce se zabývá lokalizovanými povrchovými plazmony (LSP) na koloidních nanočásticích. Byla provedena experimentální měření a teoretické simulace odezvy nanočástic v dalekém poli způsobené těmito plazmony. Pro simulace jsme použili metodu metodu diskrétní dipólové aproximace (DDA) a metodu konečných prvků v časové doméně (FDTD). Výzkum byl zaměřen na vliv tvaru a velikosti nanočástic, zejména sférických nanočástic a nanotyčinek. Zkoumali jsme vlastnosti sférických nanočástic a nanotyček. Simulace se dobře shodují s experimenty v případě kuliček. V případě tyčinek jsme pozorovali závislost polohy rezonance na tvaru tyčinky. Rozšíření rezonančních píků je přisouzeno většímu rozptylu geometrických parametrů nanočástic a diskutováno na základě srovnání experimentálních dat a výpočtů.V rámci experimentů byla rovněž provedena syntéza zlatých nanotyčinek. Poslední částí práce je studie optických vlastností stříbrných nanočástic. Pomocí diskrétní dipólové aproximace jsme simulovali vliv rovnovážného tvaru na optickou odezvu.
|
|
|
Tvorba nanostruktur a nanosoučástek pro oblast nanoelektroniky a spintroniky
Lišková, Zuzana ; Červenka, Jiří (oponent) ; Čech, Vladimír (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
Práce pojednává o vytváření grafenových nanostruktur a jejich aplikacích při měření transportních vlastností grafenu. Na vyrobených exfoliovaných šupinkách grafenu, CVD grafenových vrstvách a zrnech jsou vytvářeny kontakty litografií elektronovým svazkem pro měření jejich odporu. Grafen je rovněž stejnou metodou tvarován. Rezistivita vrstvy, koncentrace a pohyblivost nosičů náboje jsou stanoveny pomocí různých přístupů. Diskutována je také hystereze objevující se v závislosti rezistivity na hradlovém napětí. Významná část práce je věnována sledování odezvy odporu grafenu na změnu relativní vlhkosti prostředí a případnému využití grafenu jako senzoru relativní vlhkosti.
|
|
|
Metody SPM založené na sondách vyrobených z křemenného rezonátoru
Wertheimer, Pavel ; Sobotík, Pavel (oponent) ; Číp, Ondřej (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
Dizertační práce je zaměřena na vývoj systémů mikroskopů s rastrující sondou, zejména na vývoj a implementaci technologie sond založených na křemenných rezonátorech. Sondy založené na křemenných rezonátorech mají v porovnání s běžnými křemíkovými cantilevery několik výhod. Jsou to především jejich speciální mechanické parametry a možnost elektrického vyčítání signálu odpovídajícího průhybu raménka. Díky elektrickému vyčítání lze sondy založené na křemenných rezonátorech snadno implementovat i do komplexnějších SPM aparatur. Práce pojednává o vývoji elektroniky univerzálního, jednoduše upravitelného řídicího systému pro měření SPM. Systém obsahuje komerční řídicí a oscilační jednotku, ostatní elektronické prvky (např. VN zesilovač a předzesilovače signálů pro měření SPM) jsou předmětem vývoje popsaného v této dizertační práci. Dále je v práci prezentován vývoj systému mikroskopu UHV LT SPM se sondou qPlus, který byl uskutečněn na Universität Hamburg. V rámci jeho vývoje byl navržen předzesilovač určený pro práci na teplotách kapalného helia. Třetím tématem dizertační práce je implementace technologie qPlus do mikroskopu UHV VT SPM určeného pro práci v UHV komoře s elektronovým rastrovacím mikroskopem. Navrženy byly sondy qPlus a univerzální předzesilovač pro zpracování signálů z křemenných rezonátorů. Na všech vyvinutých systémech byla provedena testovací měření.
|
host ::
RSS.