Search academic texts

Information × Registration Number 0823U100085, PhD dissertation Status Доктор філософії Date 26-01-2023 popup.evolution o Title Spectral manifestations of near-field coupling in planar plasmonic nanostructures Author Tomchuk Anastasiia Viktorivna, popup.head Yeshchenko Oleh Anatoliiovych popup.opponent Mamykin Serhii Vasylovych popup.opponent Sorokin Oleksandr Vasylovych popup.review Kondratenko Serhii Viktorovych popup.review Makarenko Oleksii Volodymyrovych Description Дисертацію присвячено: встановленню фізичних механізмів гібридизації поверхневої плазмонної моди 2D-моношару металевих наночастинок та поверхневої плазмонної поляритонної моди поверхні металу, наслідком якої є утворення колективної плазмонної щілинної моди в планарних плазмонних наноструктурах резонаторного типу «моношар наночастинок (НЧ) металу / діелектрична плівка / поверхня металу»; дослідженню ефектів впливу характеристик зазначених наноструктур на ефективність збудження щілинної моди; дослідженню ефектів плазмонного підсилення оптичних процесів у молекулах, розташованих в плазмонних нанорезонаторах; аналізу можливості застосування зазначених плазмонних резонаторних наноструктур як бази для розробки плазмонних пристроїв, в яких є потреба в плавній контрольованій зміні оптичного відгуку, та високочутливих сенсорів для люмінесцентного детектування біомолекул. Об’єктом досліджень є планарні шаруваті плазмонні наноструктури типу «2D-шар наночастинок металу / плівка діелектрика / поверхня металу». Предметом дослідження є вплив ефектів плазмонної близькопольової взаємодії на спектральні характеристики планарних плазмонних резонаторних наноструктур. У дослідженнях використано наступні методи: спектроскопічні (поглинання, відбивання, фотолюмінесценція), мікроскопія (люмінесцентна, атомно-силова, просвічуюча та скануюча електронна), а також чисельні розрахунки, зокрема методом FDTD. Комплексний характер проведення досліджень за допомогою добре розвинених і апробованих сучасних експериментальних методик та теоретичних розрахунків, відтворюваність експериментальних результатів та узгодження експериментальних даних з результатами теоретичних розрахунків дає підстави вважати проведені дослідження достовірними. Проведено детальну спектральну та структурну характеризацію наносистем, виготовлених на основі металів Au, Ag, Al та Ni, при кімнатних температурах з використанням сучасних експериментальних методів. Проаналізовано спектральні характеристики екстинкції світла в системі «моношар НЧ Au / прошарок шелаку / плівка Al». Показано, що при зменшенні товщини прошарку шелаку плазмонна взаємодія підсилюється, наслідком чого є сильний червоний зсув піку плазмонного резонансу та нелінійна зміна інтенсивності з максимумом при товщині плівки шелаку ~70 нм. Показано, що використання планарних наноструктур «моношар НЧ металу/ плівка діелектрика/ плівка металу» дає можливість контрольовано змінювати спектральні характеристики піку екстинкції світла шляхом зміни розміру НЧ, міжчастинкової відстані та товщини діелектричного прошарку. Методами оптичної спектроскопії встановлено умови збудження плазмонної щілинної моди в планарних плазмонних наноструктурах різних типів. Виявлено збудження колективної щілинної моди плазмонного нанорезонатора «моношар наночастинок Au / прошарок шелаку / плівка Al»: при товщині прошарку шелаку < 30 нм у спектрах екстинкції внаслідок гібридизації поверхневої плазмонної моди шару НЧ та делокалізованої плазмонної поляритонної моди плівки металу з’являється новий пік, що відповідає щілинній моді системи. Експериментально і теоретично досліджено кутові та поляризаційні залежності спектрів екстинкції плазмонної наноструктури, утвореної моношаром НЧ Au розміром ~ 90 нм, плівкою шелаку товщиною 10 нм та плівкою Al товщиною 5 нм. Спостерігалися спектральні прояви збудження трьох плазмонних мод: плазмонної моди шару НЧ та двох щілинних плазмонних мод і . Показано, що розщеплення щілинної моди на дві компоненти зумовлене різною орієнтацією (перпендикулярною чи паралельною) плазмонного дипольного моменту відносно площини щілини. Встановлено, що зміна ширини щілини плазмонного резонатора «моношар наночастинок Au / композитний прошарок “шелак-барвник” / плівка Au» істотно впливає на фотолюмінесценцію молекул барвника, розташованих між шаром НЧ та металевою плівкою. Показано, що зменшення товщини прошарку “шелак-барвник” між шаром НЧ Au та плівкою Au спричиняє зростання інтенсивності фотолюмінесценції барвника. Порівняння результатів розрахунків із експериментальними даними (11-кратне підвищення інтенсивності та червоний зсув смуги випромінювання барвника на 48 нм) демонструє їхню хорошу кількісну узгодженість. Отримане співпадіння експерименту і теорії підтверджує ключову роль щілинної плазмонної моди у підсиленні локального електромагнітного поля в планарних плазмонних нанорезонаторах, які є перспективними в якості основи для новітніх нанофотонних підсилювачів. Registration Date 2023-02-14 popup.nrat_date 2023-02-14 Close