|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Automatizace experimentální sestavy pro optickou spektroskopii
Hrabina, Jakub ; Gallina, Pavel (oponent) ; Dvořák, Petr (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá vývojem a popisem aplikace, která umožnila plnou automatizaci experimentální sestavy pro spektrální mapování s využitím konfokální optické mikroskopie. Je zde prezentována komunikace se všemi jednotlivými zařízeními a vysvětlen princip sběru dat ze zkoumaného vzorku a jejich následné matematické zpracování. Výstupem z této aplikace je pak vizualizace 2D spektrálních map hodnotících intenzitu a pozici spektrálních píku s možností exportování uživatelsky zajímavých bodových spekter. Mimoto, práce dále popisuje rešeršní studii optické konfokální spektroskopie s aplikacemi do nanofotoniky. Navíc funkčnost celé aplikace je demonstrována na spektrální odezvě 2D metapovrchu, který funguje jako Bayerova maska.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Fabrication and characterization of nanostructures with functional properties in the field of plasmonics
Babocký, Jiří ; Detz, Hermann (oponent) ; Vala,, Milan (oponent) ; Dub, Petr (vedoucí práce)
This PhD thesis deals with fabrication and characterisation of plasmonic nanostructures. The first part begins with short introduction into plasmonics following with description of methods, that are nowadays used for plasmonic nanostrucuture fabrication and characterisation. The second part of the thesis focusses on experiments, that have been done. The first one explores possibilities for application of variable pressure electron beam lithography for fabrication of plasmonic nanostructures on non-conductive substrates which can be useful for easy prototyping structures for the visible region. The next section discusses some aspects of fabrication of large plasmonic microstructures in the terahertz region using Electron beam lithography. The last part is dedicated to functional properties of plasmonic nanostructures, especially to quantitative characterization of far-field phase induced by plasmonic nanostructures and their applications in the field of optical metasurfaces - artificially designed surfaces, that can be used as planar optical components. The characterization is done using off-axis holographic microscopy. Different experimental approaches with respect to this technique are demonstrated and discussed.
|
|
|
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.
|
|
|
Automatizace experimentální sestavy pro optickou spektroskopii
Hrabina, Jakub ; Gallina, Pavel (oponent) ; Dvořák, Petr (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá vývojem a popisem aplikace, která umožnila plnou automatizaci experimentální sestavy pro spektrální mapování s využitím konfokální optické mikroskopie. Je zde prezentována komunikace se všemi jednotlivými zařízeními a vysvětlen princip sběru dat ze zkoumaného vzorku a jejich následné matematické zpracování. Výstupem z této aplikace je pak vizualizace 2D spektrálních map hodnotících intenzitu a pozici spektrálních píku s možností exportování uživatelsky zajímavých bodových spekter. Mimoto, práce dále popisuje rešeršní studii optické konfokální spektroskopie s aplikacemi do nanofotoniky. Navíc funkčnost celé aplikace je demonstrována na spektrální odezvě 2D metapovrchu, který funguje jako Bayerova maska.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.