|
|
Nanostructures for advanced plasmonic applications
Kejík, Lukáš ; Brzobohatý,, Oto (referee) ; Dostálek,, Jakub (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Plazmonika, charakterizovaná spojením oscilací volných elektronů v kovech s elektromagnetickými vlnami, se dostala do popředí s pokroky v nanotechnologiích. Tato synergie vede k pozoruhodným vlastnostem objektů v nanoměřítku, vyznačujících se lokalizovaným a zesíleným elektromagnetickým polem. Tyto vlastnosti umožňují širokou škálu aplikací nanostruktur, zahrnujících biodetekci, zesilování emise, získávání solární energie a náhrazování optických komponent. Tato dizertační práce je zaměřena na aplikace plazmonických nanostruktur, primárně na plošné optické komponenty známé jako metapovrchy. Kromě toho zkoumá jejich použití ve fotokatalytických aplikacích, využívajících energetické horké nosiče náboje generované prostřednictvím plazmoniky. Dizertační práce začíná úvodem do teoretických základů plazmoniky, zdůrazněním klíčových parametrů řídících plazmonické vlastnosti a přehledem jejích nejpřesvědčivějších aplikací. Následně obsahuje čtyři experimentální části, které ukazují využití plazmonických nanostruktur pro různé účely, včetně ovládání fáze světla, dynamických metapovrchů, zkoumání efektů vnitřní krystalinity a využití horkých nosičů náboje ve fotoelektrochemických systémech. Tyto studie spojuje využití pokročilých nebo méně konvenčních materiálů, jako je oxid vanadičný nebo dichalkogenidy přechodných kovů, v oblasti plazmoniky a nanotechnologií.
|
|
|
Current Induced Magnetization Dynamics in Nanostructures
Uhlíř, Vojtěch ; Thiaville, André (referee) ; Ravelosona, Dafiné (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Předkládaná dizertační práce pojednává o problematice pohybu doménových stěn (DS) vyvolaného spinově polarizovaným proudem v magnetických nanodrátech na bázi spinového ventilu NiFe/Cu/Co. Jedná se o tzv. efekt přenosu spinového momentu. Multivrstevnatý systém NiFe/Cu/Co, kde se doménová stěna pohybuje ve vrstvě NiFe, vykazuje velmi vysokou účinnost přenosu spinového momentu, což bylo v literatuře potvrzeno na základě magnetotransportních měření. Tato práce má za cíl pozorovat stav DS během jejich pohybu, pomocí fotoelektronové mikroskopie kombinované s kruhovým magnetickým dichroismem. Tato technika využívá synchrotronové záření, které svým časovým rozlišením umožňuje sledovat dynamickou odezvu magnetizace na elektrický proud. Podstatnou částí řešení byla optimizace růstu vrstev NiFe/Cu/Co kvůli snížení magnetické dipolární interakce mezi vrstvami. V práci je také řešen způsob přípravy nanodrátů litografickými metodami. Byly provedeny dva módy měření: i) kvazistatický, tj. pozorování DS před a po injekci proudu do nanodrátu a ii) dynamické měření, kde je DS sledována během působení proudového pulzu. S využitím kvazistatickém módu byla vypracována rozsáhlá statistika pohybu DS: i) byly naměřeny jejich vysoké rychlosti přesahující 600 m/s za působení průměrné proudové hustoty nutné k posuvu doménové stěny - 5x10^11 A/m^2; ii) DS jsou v systému NiFe/Cu/Co velmi silně zachycovány dipolární interakcí mezi NiFe a Co způsobenou nehomogenitou krystalové struktury ve vrstvě Co. V dynamickém módu bylo odhaleno, že působením Oerstedovského pole kolmého na nanodráty v rovině vzorku se magnetizace ve vrstvě NiFe silně natáčí. Tento efekt přispívá k vysokým rychlostem DS pozorovaných v nanodrátech NiFe/Cu/Co.
|
|
|
Plasmon enhanced photoluminescence
Édes, Zoltán ; Kůsová,, Kateřina (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Diplomová práce se zabývá fotoluminiscencí polovodičových materiálů zesílené plazmonovými polaritony. Je popsána základní teorie interakce mezi lokalizovanými povrchovými plazmonovými polaritony a fotoluminiscenčními látkami. Dva mechanismy, které mohou vést k fotoluminiscenci zesílené plazmonovými polaritony jsou diskutovány. Následně je popsán návrh aparatury pro měření fotoluminiscence a způsob její realizace. Funkčnost aparatury je ověřena měřením fotoluminiscenčních spekter objemového GaN, nanokrystalického Si a CdTe kvantových teček. Nakonec je zkoumána metoda přípravy vzorků sestávajících z kovových nanokuliček a fotoluminiscenčně aktívních CdTe kvantových teček.
|
|
|
Development and Application of an UHV Equipment for Deposition of Thin Films (Atomic and Ion Systems)
Mach, Jindřich ; Čech, Vladimír (referee) ; Lencová, Bohumila (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
In the thesis the development of two equipment for preparation of ultrathin films under ultrahign vacuum conditions (UHV) is discussed. Here, additionally to a brief description of theoretical principles, more details on the design of these units are given. In the first part the design of a thermal source of oxygen or hydrogen atomic beams is discussed. Further, a design and construction of an ion–atomic beam source for ion-beam assisted deposition of thin films is detailed. The source combines the principles of an efusion cell and electron-impact ion beam source generating ions of (30 – 100) eV energy. The source has been successfully applied for the growth of GaN on the Si(111) 7x7 substrate under room temperature.
|
|
|
Semianalytical approach to simulations in nanophotonics
Hrtoň, Martin ; Hohenester, Ulrich (referee) ; Aizpurua, Javier (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Numerické simulace se staly nedílnou součástí procesu navrhování v nanofotonice, což nevyhnutelně vedlo k vývoji softwaru specializovaného pro tento úkol. Ačkoli je zde celá řada komerčně dostupných produktů, mnohé aplikace vyžadují datovou analýzu, která překračuje standardní výbavu těchto nástrojů. Zpracování výsledků simulací je těžištěm této práce, kdy důraz je kladen zejména na vývoj semianalytických modelů ušitých na míru jednotlivým experimentům. Spolu s lepší shodou mezi teorií a měřeními tyto modely poskytují také cenný vhled do studovaných fyzikálních procesů. Hlavní část této práce je věnována plazmonicky zesílené elektronové paramagnetické rezonanci (PE EPR), nové metodě využívající kovové antény pro zesílení interakce mezi zářením a materiály s magnetickými přechody mezi spinovými stavy. Jsou zde objasněny základní principy řídící tento jev a představen model umožňující rychlou optimalizaci polí antén pro PE EPR spektroskopii tenkých vrstev. Zvláštní pozornost je pak věnována roli indukovaného proudu a možnostem, které nabízí při projekcích do dalekého pole nebo počítání elektromagnetické interakce mezi objekty. Toto je dále demonstrováno na několika aplikacích, jmenovitě fázovém zobrazování metapovrchů pomocí koherencí řízeného holografického mikroskopu, designu optického prvku pro generování pole svazků na bázi metapovrchu a multipólové analýze elektromagnetických vln emitovaných objekty nacházejícími se uvnitř multivrstvy.
|
|
|
Aplikace metapovrchů pro strukturální zbarvení
Červinka, Ondřej ; Brzobohatý, Oto (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Color filters enable photosensors to obtain spectral composition of incoming radiation, be it to mimic human vision or to separate analytical signals. Efforts to increase the resolution of these photosensors lead to decrease in size of individual picture elements – pixels, which places increasing demands on the color filter technology. Conventional color filters operating on the principle of absorption of light in organic pigments are frequently used, but they are no longer meeting growing requirements of increasing sensor resolution. Here, metasurfaces comes to an aid, utilizing nanostructures to separate colors and thus creating structural coloration. There are many approaches to separate colors using metasurfaces, but each carries certain disadvantages with their principle of operation. In this thesis, we present a novel approach to separate colors which utilizes manipulation of radiation polarization. The presented color filter is first modeled and optimizes through numerical simulations and then manufactured using nanofabrication methods. Finally, the optical response of nanostructures is verified by several optical spectroscopy methods.
|
|
|
Nanophotonics
Dvořák, Petr ; Rezek, Bohuslav (referee) ; PhD, Jakub Dostálek, (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
This thesis deals with an experimental research of the surface plasmon polaritons (SPPs) using Scanning Near-field Optical Microscopy (SNOM). The first chapter provides theoretical background and a description of most of the physical phenomena and relevant dependencies studied in this work. These dependencies include the dependence of the resulting SPP image on homogeneity, polarization, wavelength and phase of the illumination, on the geometry of the interference structures and on the tilt of the sample with respect to the illumination. Further, this work presents a new experimental method which, using the numerical simulations or SNOM measurements, allows to estimate the sensitivity of SNOM probe to detect the individual electric intensity components of the near-field. At the end of the thesis, the work presents a new microscopic technique which enables a 3D quantitative imaging of phase distribution above the plasmonic metasurfaces.
|
|
|
Surface Plasmon Resonances on Colloidal Nanoparticles
Beránek, Jiří ; Brzobohatý,, Oto (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
The presented diploma thesis is focused on the Localized Surface Plasmons (LSP). The far-field optical response of the colloidal solutions of gold nanoparticles caused by LSP was investigated and compared with the numerical calculations. For the simulations, the Discrete Dipole Approximation (DDA) and Finite-Difference Time Domain (FDTD) techniques were employed. In particular, the shape and size effects of spherical particles and nanorods were studied. The simulations performed by both methods are in a good agreement for the spheres. For the nanorods, the resonance was found to be affected markedly by their geometry. Also, broader resonance peaks were found. This effect was assigned to the sample size distribution and its influence is discussed by comparing the simulations with experiments. In addition, synthesis of nanorods was carried out as well. Finally, the results on the study of optical properties of silver clusters formed under equilibrium conditions are presented.
|
|
|
Fabrication of Nanostructures and Nanodevices for Nanoelectronics and Spintronics
Lišková, Zuzana ; Červenka, Jiří (referee) ; Čech, Vladimír (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
The thesis deals with preparation of graphene nanostructures and their applications in the measurement of transport properties of graphene. The contacts for measurement of resistance are fabricated by electron beam lithography on graphene exfoliated flakes, CVD graphene layers and grains. Graphene is also shaped using the same method. Resistivity of the layer, concentration and mobility of charge carriers are determined by different approaches. Hysteresis appearing in dependence of resistivity on the gate voltage is discussed as well. A significant part of the work is dedicated to monitoring the response of graphene resistance to relative humidity changes and potential use of graphene as a sensor of relative humidity.
|
|
|
SPM Methods Based On The Quartz Resonator Probes
Wertheimer, Pavel ; Sobotík, Pavel (referee) ; Číp, Ondřej (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
The thesis is focused on development of scanning probe microscope systems, especially development and implementation of quartz resonator probes. The quartz resonator probes, compared to the standard silicon cantilevers, have several advantages. It is in particular their mechanical properties and possibility of direct electrical readout of the deflection signal. Due to the fact, the probes are easy to implement even into more complex SPM systems. The thesis deals with development of universal and open SPM control system electronics. The electronics consist of the commercial SPM control and oscillation units, the development of the other electronic parts (such as the high voltage amplifier and the preamplifier units) is described in the thesis. Further, the thesis reports on development of the qPlus UHV LT SPM microscope system that was carried out at Universität Hamburg. Part of it was development of the qPlus preamplifier able to operate at liquid helium temperature. The third topic of the thesis is the implementation of qPlus technology into the UHV VT SPM microscope suitable to operate in situ with a scanning electron microscope. The qPlus sensors and the universal UHV preamplifier were designed and manufactured. Test measurements were conducted on all of the developed systems.
|
guest ::
