|
|
Plasmonic Antennas
Kvapil, Michal ; Brzobohatý, Oto (referee) ; Novák, Stanislav (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Tato disertační práce pojednává o plazmonických anténách. Rezonanční vlastnosti plazmonických antén jsou studovány teoreticky i experimentálně. Teoretické výpočty jsou prováděny v programu Lumerical FDTD Solutions užitím numerické metody konečných diferencí v časové doméně. Pro experimentální studium byly antény vyrobeny pomocí elektronové litografie. Rezonanční vlastnosti vyrobených antén jsou studovány fourierovskou infračervenou spektroskopií. Práce se zaměřuje na studium rezonančních vlastností antén vyrobených na vrstvě nanokrystalického diamantu. Dále zkoumá možnost využití antén jako plazmonického senzoru funkcionalizovaného k detekci streptavidinu. Nakonec je představena anténa tvaru písmene V, u které dochází v důsledku porušení symetrie antény ke směrovému rozptylu dopadajícího světla. Tato směrovost se ovšem projevuje jen na vlnových délkách blízkých kvadrupólovému módu antény.
|
|
|
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.
|
|
|
Unidirectional plasmonic antennas
Formanová, Veronika ; Hrtoň, Martin (referee) ; Kvapil, Michal (advisor)
This thesis deals with directional V-shaped plasmonic antennas. In the thesis, an analytical model of antenna emission is proposed. The results of analytical computations are compared with results of numerical simulations in Lumerical FDTD Solutions package. Also, the process of fabrication of such antennas by electron beam lithography and measurement of optical properties using Fourier infrared spectroscopy is described and measured antenna resonant spectra are shown. Finally, there is a proposal of an experiment to prove the emission directivity of fabricated V-shaped antennas.
|
|
|
Optical response of asymmetric plasmonic structures
Babocký, Jiří ; Kolařík, Vladimír (referee) ; Čechal, Jan (advisor)
This diploma thesis deals with study of resonance modes of plasmonic structures. First part provides an overview of theoretical models, which explain the resonanace modes in plasmonic structures. Next part describes technology of electron beam lithography. First section of experimental part deas with technological processes leading to an improvement of resulting structures made by electron beam lithography that is followed by lift-off process. Last part focuses on a study of reflectance spactra of plasmonic antenas and the identification of resonance modes.
|
|
|
Creation of plasmonic micro- and nanostructures by electron beam lithography
Babocký, Jiří ; Dvořák, Petr (referee) ; Kvapil, Michal (advisor)
This beachelor’s thesis deals with a fabrication of plasmonic antennas using electron beam lithography. First section consists of summary of a technologies that can be used for production of metallic micro and nanostructures on silicon and glass substrate. Second section provides a description of electron beam lithography method and technologies that are used for it. Final part describes experiments, that were done and empiric model describing dependance of dimension of fabricated structures on lithographic parameters.
|
|
|
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.
|
|
|
Fabrication of plasmonic antennas for analytical transmission electron microscopy by focused ion beam lithography
Foltýn, Michael ; Kejík, Lukáš (referee) ; Horák, Michal (advisor)
This bachelor thesis is focused on sputtering of thin gold layers and manufacturing of plasmonic antennas using focused ion beam lithography. I optimised the process of sputtering of gold layers by ion beam assisted deposition. Furthermore, I optimised processes connected to manufacturing of plasmonic antennas by focused ion beam lithography. I sputtered thin gold layers 20, 30 and 40 nm thick by various deposition rates. In terms of grain size, the best layers were those deposited with rate of 2 /s. From view of crystallographic composition, the best results were achieved by using deposition rates of 0.2 and 3 /s. I made 3 types of antennas. Rod shaped antennas of 240 nm in length and widths of 40 and 80 nm, and bowtie antenna with 20 nm gap in between its wings. I further optimised parameters of ion etching for each thickness and deposition rate of sputtered layers used for creating antennas mentioned before. The highest quality of antennas was achieved when using layers 20 and 40 nm thick. For manufacturing of bowtie antennas however, layers of all thicknesses deposited by rate of 3 /s were optimal. I discovered, that for layers deposited with rate of 2 /s a lot of redeposited material got sputtered back on to antennas, which can bring the diameters of antennas closer to the desired value at least in one axis.
|
|
|
Fabrication of plasmonic antennas for analytical transmission electron microscopy by focused ion beam lithography
Foltýn, Michael ; Kejík, Lukáš (referee) ; Horák, Michal (advisor)
This bachelor thesis is focused on sputtering of thin gold layers and manufacturing of plasmonic antennas using focused ion beam lithography. I optimised the process of sputtering of gold layers by ion beam assisted deposition. Furthermore, I optimised processes connected to manufacturing of plasmonic antennas by focused ion beam lithography. I sputtered thin gold layers 20, 30 and 40 nm thick by various deposition rates. In terms of grain size, the best layers were those deposited with rate of 2 /s. From view of crystallographic composition, the best results were achieved by using deposition rates of 0.2 and 3 /s. I made 3 types of antennas. Rod shaped antennas of 240 nm in length and widths of 40 and 80 nm, and bowtie antenna with 20 nm gap in between its wings. I further optimised parameters of ion etching for each thickness and deposition rate of sputtered layers used for creating antennas mentioned before. The highest quality of antennas was achieved when using layers 20 and 40 nm thick. For manufacturing of bowtie antennas however, layers of all thicknesses deposited by rate of 3 /s were optimal. I discovered, that for layers deposited with rate of 2 /s a lot of redeposited material got sputtered back on to antennas, which can bring the diameters of antennas closer to the desired value at least in one axis.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
guest ::
