|
|
Electron microscopy and spectroscopy in plasmonics
Horák, Michal ; Krenn, Joachim (referee) ; Shegai, Timur (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Tato práce se zabývá mikroskopickými technikami využívajícími elektronový a iontový svazek pro přípravu a charakterizaci plazmonických nanostruktur. Analytická elektronová mikroskopie je představena se zaměřením na aplikace v oblasti plazmoniky. Důraz je kladen na spektroskopii energiových ztrát elektronů (EELS) a katodoluminiscenci. Dále je diskutována výroba plazmonických vzorků pro transmisní elektronovou mikroskopii, přičemž je kladen důraz na litografii iontovým svazkem a na přípravu vzorků za použití chemicky syntetizovaných částic ve vodném roztoku. Hlavní výzkumné výsledky práce jsou rozděleny do čtyř částí. První část se věnuje komparativní studii plazmonických antén vyrobených elektronovou a iontovou litografií. Přestože obě techniky jsou vhodné pro výrobu plazmonických antén, elektronová litografie by měla být upřednostňována před iontovou litografií díky lepší kvalitě výsledných antén a jejich silnější plazmonické odezvě. Antény vyrobené iontovou litografií mají neostré okraje, vykazují výrazné kolísání tloušťky a jsou také silně kontaminovány nejen organickými kontaminanty, ale také rezidui po iontové litografii včetně implantovaných iontů z iontového svazku a atomů titanové adhezivní vrstvy. Ve druhé části je zkoumán Babinetův princip komplementarity pro plazmonické nanostruktury na sérii zlatých diskových antén a komplementárních apertur ve zlaté vrstvě s různými průměry. Komplementarita je potvrzena pro základní plazmonické vlastnosti jako rezonanční energie, ale rozdíly způsobené omezenou platností Babinetova principu jsou patrné například pro prostorové rozložení blízkého pole plazmonových polaritonů. Třetí část shrnuje studii nanostruktur s funkčními vlastnostmi souvisejícími s lokálním zesílením elektrického a magnetického pole. Obzvlášť silné lokální zesílení pole vykazují plazmonické antény tvaru bowtie a diabolo, a to jak ve formě částic, tak ve formě apertur. Naše studie umožnila identifikovat několik módů lokalizovaných povrchových plazmonů v těchto anténách a charakterizovat jejich vlastnosti včetně energie módu, rozložení elektrické a magnetické složky blízkého pole módu, a kvalitativní rozložení uzlů náboje a proudu souvisejících oscilací elektronového plynu. Dále jsme studovali laditelnost energií módů v blízké infračervené a viditelné spektrální oblasti a zaměřili jsme se na Babinetovskou komplementaritu mezi přímými a invertovanými anténami. Poslední část je zaměřena na stříbrný amalgám, nový a velmi perspektivní plazmonický materiál. Změnou velikosti stříbrných amalgámových nanostruktur může být jejich plazmonová rezonance laděna od oblasti ultrafialového záření přes celou viditelnou až po infračervenou oblast. Jelikož stříbrný amalgám je dobře prozkoumán v oblasti elektrochemie, stříbrné amalgámové nanočástice otevírají možnost kombinovat plazmoniku a elektrochemii dohromady.
|
|
|
Correlative measurement of cathodoluminescence using SEM and SPM techniques
Černek, Ondrej ; Knápek, Alexandr (referee) ; Spousta, Jiří (advisor)
The diploma thesis deals with the combined use of SEM and SPM techniques using optical fiber, which is used to collect the cathodoluminescent signal in close proximity to the sample. The thesis also includes a research section, which lists description of CPEM technique, the techniques used to modify the optical fiber, theoretical introduction to cathodoluminescence and techniques used to measure it. The practical part discusses the obtained measurement results and the problems that occurred in the process of modification of the optical fiber, its use as an SPM probe and in the measurement of cathodoluminescence active materials.
|
|
| |
|
|
Cathodoluminescence imaging of carotenoids in biological specimens using cryo-scanning electron microscopy using a functional sample of CRYTUR cathodoluminescence detector
Vancová, Marie ; Krzyžánek, Vladislav ; Skoupý, Radim ; Horodyský, P.
Here, we report for the first time the cathodoluminescence properties of carotenoids present in different biological specimens (Diplonemidae spp, carrot root, Arabidopsis embryos, algae Vischeria sp., unicellular pigmented yeast Rhodontorula, hen´s egg yolk) using cryo-SEM. The presence of carotenoids was proven by Raman spectroscopy.
|
|
|
Design of micromanipulator for scanning electron microscope
Palouda, Adam ; Dostál, Zbyněk (referee) ; Nováček, Zdeněk (advisor)
This thesis describes the process of design, manufacture and testing of a device for the detection of cathodoluminescent effect in scanning electron microscope. Firstly, it summarizes the basics of electron microscopy, specifically the design and manufacture of vacuum systems. It also deals with ways of using 3D printing in the prototyping of vacuum components. Then it describes the process of development of a device, which enables the user to measure cathodoluminescence in an electron microscope. The device consists of a feedthrough for optical fibre and a micromanipulator which allows the user to position the tip of the fibre to the sample. The signal from the fibre is processed in a photomultiplier for which a case is designed as a part of this thesis, or in a spectrophotometer. During the development process the device is being tested by performing some measurements and is adjusted to increase functionality and user comfort.
|
|
| |
|
|
Correlative measurement of cathodoluminescence using SEM and SPM techniques
Černek, Ondrej ; Knápek, Alexandr (referee) ; Spousta, Jiří (advisor)
The diploma thesis deals with the combined use of SEM and SPM techniques using optical fiber, which is used to collect the cathodoluminescent signal in close proximity to the sample. The thesis also includes a research section, which lists description of CPEM technique, the techniques used to modify the optical fiber, theoretical introduction to cathodoluminescence and techniques used to measure it. The practical part discusses the obtained measurement results and the problems that occurred in the process of modification of the optical fiber, its use as an SPM probe and in the measurement of cathodoluminescence active materials.
|
|
| |
|
|
Electron microscopy and spectroscopy in plasmonics
Horák, Michal ; Krenn, Joachim (referee) ; Shegai, Timur (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Tato práce se zabývá mikroskopickými technikami využívajícími elektronový a iontový svazek pro přípravu a charakterizaci plazmonických nanostruktur. Analytická elektronová mikroskopie je představena se zaměřením na aplikace v oblasti plazmoniky. Důraz je kladen na spektroskopii energiových ztrát elektronů (EELS) a katodoluminiscenci. Dále je diskutována výroba plazmonických vzorků pro transmisní elektronovou mikroskopii, přičemž je kladen důraz na litografii iontovým svazkem a na přípravu vzorků za použití chemicky syntetizovaných částic ve vodném roztoku. Hlavní výzkumné výsledky práce jsou rozděleny do čtyř částí. První část se věnuje komparativní studii plazmonických antén vyrobených elektronovou a iontovou litografií. Přestože obě techniky jsou vhodné pro výrobu plazmonických antén, elektronová litografie by měla být upřednostňována před iontovou litografií díky lepší kvalitě výsledných antén a jejich silnější plazmonické odezvě. Antény vyrobené iontovou litografií mají neostré okraje, vykazují výrazné kolísání tloušťky a jsou také silně kontaminovány nejen organickými kontaminanty, ale také rezidui po iontové litografii včetně implantovaných iontů z iontového svazku a atomů titanové adhezivní vrstvy. Ve druhé části je zkoumán Babinetův princip komplementarity pro plazmonické nanostruktury na sérii zlatých diskových antén a komplementárních apertur ve zlaté vrstvě s různými průměry. Komplementarita je potvrzena pro základní plazmonické vlastnosti jako rezonanční energie, ale rozdíly způsobené omezenou platností Babinetova principu jsou patrné například pro prostorové rozložení blízkého pole plazmonových polaritonů. Třetí část shrnuje studii nanostruktur s funkčními vlastnostmi souvisejícími s lokálním zesílením elektrického a magnetického pole. Obzvlášť silné lokální zesílení pole vykazují plazmonické antény tvaru bowtie a diabolo, a to jak ve formě částic, tak ve formě apertur. Naše studie umožnila identifikovat několik módů lokalizovaných povrchových plazmonů v těchto anténách a charakterizovat jejich vlastnosti včetně energie módu, rozložení elektrické a magnetické složky blízkého pole módu, a kvalitativní rozložení uzlů náboje a proudu souvisejících oscilací elektronového plynu. Dále jsme studovali laditelnost energií módů v blízké infračervené a viditelné spektrální oblasti a zaměřili jsme se na Babinetovskou komplementaritu mezi přímými a invertovanými anténami. Poslední část je zaměřena na stříbrný amalgám, nový a velmi perspektivní plazmonický materiál. Změnou velikosti stříbrných amalgámových nanostruktur může být jejich plazmonová rezonance laděna od oblasti ultrafialového záření přes celou viditelnou až po infračervenou oblast. Jelikož stříbrný amalgám je dobře prozkoumán v oblasti elektrochemie, stříbrné amalgámové nanočástice otevírají možnost kombinovat plazmoniku a elektrochemii dohromady.
|
|
|
Babinet principle for plasmonic antennas: complementarity and differences
Horák, M. ; Křápek, V. ; Hrtoň, M. ; Metelka, O. ; Šamořil, T. ; Stöger-Pollach, M. ; Paták, Aleš ; Šikola, T.
Plasmonics deals mainly with surface plasmon polaritons (SPP), which are collective oscillations of free electrons at metal-dielectric interfaces connected with the local electromagnetic field. When SPP are spatially restricted to a metallic nanoparticle, we talk about localized surface plasmons (LSP). LSP resonances can be characterized with an excellent spectral and spatial resolution by electron energy loss spectroscopy (EELS) and cathodoluminescence. Both techniques utilize an electron beam that interacts with the metallic nanoparticle and excites the LSP resonances. EELS measures the energy transferred from electrons to the LSP and cathodoluminescence deals with the light which the LSP emit during their decay. Babinet principle, originating in the wave theory of light and analysis of diffraction, relates the optical response of apertures in thin films and their complementary particle analogues. According to the Babinet principle, LSP in complementary particles and apertures have identical resonance energies and their near fields are closely linked: the electric field distribution of a specific in-plane polarization for an aperture corresponds to the magnetic field distribution of a perpendicular polarization for a particle.
|
guest ::
