|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Plasmonic lightning-rod effect
Řepa, Rostislav ; Konečná, Andrea (referee) ; Křápek, Vlastimil (advisor)
This bachelor thesis deals with an experimental and theoretical research of the plasmonic lightning-rod effect. Electron energy loss spectroscopy has been used to investigate the electromagnetic response of plasmonic antennas and to study the impact of the curvature of their surfaces on the local enhancement of an electromagnetic field. A theoretical background based on interactions of the electromagnetic field and free electrons in metals is provided in the first chapter. Next, experimental and theoretical methods including the fabrication process of plasmonic antennas and inicialization of simulations are introduced. Observed resonances of localised surface plasmons are characterised in the spectral region and their mapping is performed. The calculated loss spectra are compared with the experimental loss spectra and the field enhancemnet due to the curvature of plasmonic antennas is evaluated.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Modelling electron energy-loss spectra of vanadium dioxide nanostructures
Kabát, Jiří ; Křápek, Vlastimil (referee) ; Konečná, Andrea (advisor)
This thesis concerns the characterization of optical modes in vanadium dioxide (VO2) nanostructures, mainly by simulating numerically electron energy loss spectroscopy (EELS) intensity. Among the studied optical modes, there are plasmons, phonons and Mie-type resonances, for which we performed a literature review. VO2 undergoes a phase transition when reaching a temperature of about 67 °C from the insulating phase to the metallic phase. This phase transition is connected to significant changes in optical properties, which offer potential uses in nanophotonics. The main part of the thesis is devoted to numerical simulations, which were firstly performed for thin VO2 slabs and then for VO2 nanoparticles. In simulations of VO2 nanoparticles in the metallic phase, we observed electron energy losses caused by plasmons and localized surface plasmons, which were then characterized and imaged by spacedependent EELS maps. In nanoparticles in the insulating phase, losses caused by phonon excitations and material absorption were observed. A new kind of loss contribution was observed for some geometries, potentially related to the Mie-type resonances.
|
|
|
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.
|
|
| |
guest ::
