|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Automatisation of an experimental setup for optical spectroscopy
Hrabina, Jakub ; Gallina, Pavel (referee) ; Dvořák, Petr (advisor)
This bachelor thesis deals with the development and description of an application that enabled full automation of an experimental assembly for spectral mapping using confocal optical microscopy. It presents communication with all individual devices and explains the principle of data collection from the examined sample and their subsequent mathematical processing. The output of this application is the visualization of 2D spectral maps evaluating the intensity and position of spectral peaks, with the possibility of exporting user-friendly point spectra. In addition, the work further describes a research study of optical confocal spectroscopy with applications to nanophotonics. In addition, the functionality of the whole application is demonstrated on the spectral response of a 2D metasurface, which acts as a Bayer mask.
|
|
|
Dielectric metasurfaces as modern optical components
Rovenská, Katarína ; Kolařík, Vladimír (referee) ; Ligmajer, Filip (advisor)
Vďaka ich vysokej verzatilite a nízkej priestorovej náročnosti sú metapovrchy sľubným nasledovníkom tradičných optických komponentov. Táto práca sa upriamuje na metapovrchy, ktoré môžu nahradiť polvlnné doštičky a difraktívne deliče zväzku. Práca prezentuje dve stratégie výroby nanoštruktúr z oxidu titaničitého s vysokým pomerom strán -- jedna používa reaktívne iónové leptanie vrstvy TiO2 skrz kovovú masku, kým druhá používa štrukturovaný elektrónový rezist ako formu pre depozíciu atomárnych vrstiev TiO2. V závere práce sú charakterizované a analyzované optické vlastnosti vyrobených štruktúr, predovšetkým ich fázový posun a transmisivita.
|
|
|
Advanced plasmonic materials for metasurfaces and photochemistry
Ligmajer, Filip ; Vala,, Milan (referee) ; Bauch, Martin (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Plazmonika, tedy vědní obor zabývající se interakcí světla s kovovými materiály, nabízí ve spojení s nanotechnologiemi nezvyklé možnosti, jak světlo ovládat a využívat. Výsledkem tohoto spojení může být například zaostřování světla pod difrakční limit, zesilování emise nebo absorbce kvantových zářičů, či extrémně citlivá detekce molekul. Tato práce se zabývá zejména možnostmi využití plazmoniky pro vývoj plošných optických prvků, tzv. metapovrchů, a pro fotokatalytické aplikace založené na plazmonicky generovaných elektronech s vysokou energií, tzv. horkých elektronech. Nejprve jsou vysvětleny teoretické základy plazmoniky a je poskytnut přehled jejích nejvýznamnějších aplikací. Poté jsou představeny tři studie zabývající se využitím plazmonických nanostruktur pro ovládání fáze a polarizace světla, pro vytváření dynamicky laditelných metapovrchů, a pro foto-elektrochemii s horkými elektrony. Společným prvkem těchto studií je pak používání pokročilých, resp. v rámci těchto oblastí netradičních, materiálů, jako např. oxidu vanadičitého nebo dichalkogenidů přechodných kovů.
|
|
|
Fabrication and characterization of nanostructures with functional properties in the field of plasmonics
Babocký, Jiří ; Detz, Hermann (referee) ; Vala,, Milan (referee) ; Dub, Petr (advisor)
Tato dizertční práce se zabývá výrbou a charakterizací plasmonických nanostruktur. Její první část začíná krátkým úvodem do plasmoniky s navazujícím přehledem metod, které jsou v dnešní době nejčastěji používány k výrobě a charakterizaci plasmonických nanostruktur. Druhá část se pak zaměřuje na samotný výzkum, který byl v rámci PhD studia realizován. Cílem prvních experimentů bylo prozkouat možnosti použití elektronové litografie za variabilního tlaku v procesní komoře pro výrobu plasmonických nanostruktur na nevodivých substrátech jako je např. sklo. Jelikož se jedná o materiály, které jsou velice často používány k přípravě plasmonických struktur pacujících v oblasti viditelného světla. Druhá sekce pak diskutuje některé specifické aspekty přípravy plasmonických mikrostruktur elektronovou litografií pro THz oblast. Poslední část se pak zaměřuje na funkční vlastnosti plasmonických nanostruktur, převážně pak na kvantitativní charakterizaci fáze dalekého pole indukovaného plasmonickými nanostrukturami a jejich aplikacemi v oblasti optických metapovrchů - uměle připravených povrchů, které mohou být použity jako planární optické komponenty. Práce demonstruje a diskutuje různé experimentální přístupy použití mimoosové holografické mikroskopie pro jejich charakterizaci.
|
|
|
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.
|
|
|
Automatisation of an experimental setup for optical spectroscopy
Hrabina, Jakub ; Gallina, Pavel (referee) ; Dvořák, Petr (advisor)
This bachelor thesis deals with the development and description of an application that enabled full automation of an experimental assembly for spectral mapping using confocal optical microscopy. It presents communication with all individual devices and explains the principle of data collection from the examined sample and their subsequent mathematical processing. The output of this application is the visualization of 2D spectral maps evaluating the intensity and position of spectral peaks, with the possibility of exporting user-friendly point spectra. In addition, the work further describes a research study of optical confocal spectroscopy with applications to nanophotonics. In addition, the functionality of the whole application is demonstrated on the spectral response of a 2D metasurface, which acts as a Bayer mask.
|
|
|
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.
|
guest ::
