903 resultados para Surface plasmon resonance
Resumo:
Tailoring optical properties of artificial metamaterials, whose optical properties go beyond the limitations of conventional and naturally occurring materials, is of importance in fundamental research and has led to many important applications such as security imaging, invisible cloak, negative refraction, ultrasensitive sensing, transformable and switchable optics. Herein, by precisely controlling the size, symmetry and topology of alphabetical metamaterials with U, S, Y, H, U-bar and V shapes, we have obtained highly tunable optical response covering visible-to-infrared (Vis-NIR) optical frequency. In addition, we show a detailed study on the physical origin of resonance modes, plasmonic coupling, the dispersion of electronic and magnetic surface plasmon polaritons, and the possibility of negative refraction. We have found that all the electronic and magnetic modes follow the dispersion of surface plasmon polaritons thus essentially they are electronic- and magnetic-surface-plasmon-polaritons-like (ESPP-like and MSPP-like) modes resulted from diffraction coupling between localized surface plasmon and freely-propagating light. Based on the fill factor and formula of magnetism permeability, we predict that the alphabetical metamaterials should show the negative refraction capability in visible optical frequency. Furthermore, we have demonstrated the specific ultrasensitive surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) sensing of monolayer molecules and femtomolar food contaminants by tuning their resonance to match the laser wavelength, or by tuning the laser wavelength to match the plasmon resonance of metamaterials. Our tunable alphabetical metamaterials provide a generic platform to study the electromagnetic properties of metamaterials and explore the novel applications in optical frequency.
Resumo:
Light emitted from metal/oxide/metal tunnel junctions can originate from the slow-mode surface plasmon polariton supported in the oxide interface region. The effective radiative decay of this mode is constrained by competition with heavy intrinsic damping and by the need to scatter from very small scale surface roughness; the latter requirement arises from the mode's low phase velocity and the usual momentum conservation condition in the scattering process. Computational analysis of conventional devices shows that the desirable goals of decreased intrinsic damping and increased phase velocity are influenced, in order of priority, by the thickness and dielectric function of the oxide layer, the type of metal chosen for each conducting electrode, and temperature. Realizable devices supporting an optimized slow-mode plasmon polariton are suggested. Essentially these consist of thin metal electrodes separated by a dielectric layer which acts as a very thin (a few nm) electron tunneling barrier but a relatively thick (several 10's of nm) optically lossless region. (C) 1995 American Institute of Physics.
Resumo:
Light of wavelength 632.8 nm and p-polarization is incident on a prism-air gap (varied from 0.7 to 7 mum)-Al-GaAs arrangement. Both the photosignal generated by the Schottky diode and the reflectance are measured as a function of the internal angle of incidence in the prism. There is significant, well-defined enhancement of the photosignal, up to a factor of approximately 7.5, associated with two different types of enhanced absorption modes. For air gaps <1.5 mum there is photosignal enhancement due to an enhanced absorption feature (reflectance dip) that occurs at an angle of incidence just above critical angle in the prism; this feature corresponds to the excitation of a surface plasmon polariton at the Al-air interface. For air gaps > 1 mum there are between one and ten photoresponse peaks at input angles less than the critical angle. The corresponding enhanced absorption features are due to leaky guided wave modes set up in the air gap.
Resumo:
The surface roughness of nominally smooth and of randomly roughened thin silver films is characterized using scanning tunneling microscopy and the metal grain size is assessed using transmission electron microscopy. On each type of substrate used, glass or CaF2-roughened glass, the silver films are deposited either very slowly (approximately 0.15 nm s-1) or quite quickly (approximately 2.0 nm s-1). Only silver films deposited on CaF2-roughened glass yield measurable surface-enhanced Raman signals for benzoic acid; the enhancement is brought about by surface field amplification due to the excitation of delocalized surface-plasmon polaritons. However, the surface-enhanced Raman signals obtained from the slow-deposited silver films are significantly better (by about a factor of 3) than those obtained from the fast-deposited silver films on a given CaF2-roughened substrate. The explanation of this observation does not lie with different surface roughness; both types of film yield closely similar data on the scanning tunneling microscope. Rather, it is suggested that the relatively small grain size of the fast-deposited silver films leads to increased elastic scattering of surface-plasmon polaritons at the grain boundaries, with a consequent increase of internal damping. This results in a reduction of the scattered Raman signal.
Resumo:
Visible light is emitted from the Au-air interface of Al-I-Au thin-film tunnel junctions (deposited over a thin layer of CaF2 on glass) as a result of the decay of surface plasmon polaritons (SPPs). We show the surface topography of such a Au film and relate its large-scale features to the outcoupling of fast SPP's to photons. The absence of short-scale roughness features is explained by thier disappearance through surface diffusion. To confirm this a controlled sequence of 5-nm, 20-ms scanning tunneling microscope (STM) W tip crashes has been used to produce indentations 3 nm deep with a lateral dimension of 5-7 nm on a Au crystal in air at room temperature. Four sequences of indentations were drawn in the form of a square box. Right from the start, feature decay is observed and over a period of 2 h a succession of images shows that the structure disappears into the background as a result of surface diffusion. The surface diffusion constant is estimated to be 10(-18) cm2 s-1. The lack of light output via slow mode SPPs is an inevitable consequence of surface annealing.
Resumo:
We numerically study nonreciprocal regimes of surface plasmon-polariton at the interface between two gyrotropic media. We predict existence of isolated unidirectional TE and TM surface modes guided by the interface between gyroelectric and gyromagnetic media.
Resumo:
The intensity of surface enhanced Raman scattering from benzoic acid derivatives on mildly roughened, thermally evaporated Ag films shows a remarkably strong dependence on metal grain size. Large grained (slowly deposited) films give a superior response, by up to a factor of 10, to small grained (quickly deposited) films, with films of intermediate grain size yielding intermediate results. The optical field amplification underlying the enhancement mechanism is due to the excitation of surface plasmon polaritons (SPPs). Since surface roughness characteristics, as determined by STM, remain relatively constant as a function of deposition rate, it is argued that the contrast in Raman scattering is due to differences in elastic grain boundary scattering of SPPs (leading to different degrees of internal SPP damping), rather than differences in the interaction of SPPs with surface inhomogeneities.
Resumo:
Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações
Resumo:
Les nanotubes de carbone et le graphène sont des nanostructures de carbone hybridé en sp2 dont les propriétés électriques et optiques soulèvent un intérêt considérable pour la conception d’une nouvelle génération de dispositifs électroniques et de matériaux actifs optiquement. Or, de nombreux défis demeurent avant leur mise en œuvre dans des procédés industriels à grande échelle. La chimie des matériaux, et spécialement la fonctionnalisation covalente, est une avenue privilégiée afin de résoudre les difficultés reliées à la mise en œuvre de ces nanostructures. La fonctionnalisation covalente a néanmoins pour effet de perturber la structure cristalline des nanostructures de carbone sp2 et, par conséquent, d’affecter non seulement lesdites propriétés électriques, mais aussi les propriétés optiques en émanant. Il est donc primordial de caractériser les effets des défauts et du désordre dans le but d’en comprendre les conséquences, mais aussi potentiellement d’en exploiter les retombées. Cette thèse traite des propriétés optiques dans l’infrarouge des nanotubes de carbone et du graphène, avec pour but de comprendre et d’expliquer les mécanismes fondamentaux à l’origine de la réponse optique dans l’infrarouge des nanostructures de carbone sp2. Soumise à des règles de sélection strictes, la spectroscopie infrarouge permet de mesurer la conductivité en courant alternatif à haute fréquence des matériaux, dans une gamme d’énergie correspondant aux vibrations moléculaires, aux modes de phonons et aux excitations électroniques de faible énergie. Notre méthode expérimentale consiste donc à explorer un espace de paramètres défini par les trois axes que sont i. la dimensionnalité du matériau, ii. le potentiel chimique et iii. le niveau de désordre, ce qui nous permet de dégager les diverses contributions aux propriétés optiques dans l’infrarouge des nanostructures de carbone sp2. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la spectroscopie infrarouge des nanotubes de carbone monoparois sous l’effet tout d’abord du dopage et ensuite du niveau de désordre. Premièrement, nous amendons l’origine couramment acceptée du spectre vibrationnel des nanotubes de carbone monoparois. Par des expériences de dopage chimique contrôlé, nous démontrons en effet que les anomalies dans lespectre apparaissent grâce à des interactions électron-phonon. Le modèle de la résonance de Fano procure une explication phénoménologique aux observations. Ensuite, nous établissons l’existence d’états localisés induits par la fonctionnalisation covalente, ce qui se traduit optiquement par l’apparition d’une bande de résonance de polaritons plasmons de surface (nanoantenne) participant au pic de conductivité dans le térahertz. Le dosage du désordre dans des films de nanotubes de carbone permet d’observer l’évolution de la résonance des nanoantennes. Nous concluons donc à une segmentation effective des nanotubes par les greffons. Enfin, nous montrons que le désordre active des modes de phonons normalement interdits par les règles de sélection de la spectroscopie infrarouge. Les collisions élastiques sur les défauts donnent ainsi accès à des modes ayant des vecteurs d’onde non nuls. Dans une deuxième partie, nous focalisons sur les propriétés du graphène. Tout d’abord, nous démontrons une méthode d’électrogreffage qui permet de fonctionnaliser rapidement et à haute densité le graphène sans égard au substrat. Par la suite, nous utilisons l’électrogreffage pour faire la preuve que le désordre active aussi des anomalies dépendantes du potentiel chimique dans le spectre vibrationnel du graphène monocouche, des attributs absents du spectre d’un échantillon non fonctionnalisé. Afin d’expliquer le phénomène, nous présentons une théorie basée sur l’interaction de transitions optiques intrabandes, de modes de phonons et de collisions élastiques. Nous terminons par l’étude du spectre infrarouge du graphène comportant des îlots de bicouches, pour lequel nous proposons de revoir la nature du mécanisme de couplage à l’œuvre à la lumière de nos découvertes concernant le graphène monocouche.
Resumo:
In dieser Arbeit wurde das Wachstum sowie die ultraschnelle Elektronendynamik des Oberflächenplasmon Polaritons von Goldnanoteilchen auf Titandioxid untersucht. Die Messung der Dephasierungszeit des Oberflächenplasmons von Nanoteilchen mit definierter Form und Größe erfolgte dabei mit der Methode des spektralen Lochbrennens. Die Nanoteilchen wurden durch Deposition von Goldatomen aus einem thermischen Atomstrahl mit anschließender Diffussion und Nukleation, d.h. Volmer-Weber-Wachstum, auf Titandioxidsubstraten hergestellt und mittels einer Kombination aus optischer Spektroskopie und Rasterkraftmikroskopie systematisch untersucht. Dabei lässt sich das Nanoteilchenensemble durch das mittlere Achsverhältnis und den mittleren Äquivalentradius charakterisieren. Die Messungen zeigen, dass die Proben große Größen- und Formverteilungen aufweisen und ein definierter Zusammenhang zwischen Größe und Form der Teilchen existiert. Während kleine Goldnanoteilchen nahezu kugelförmig sind, flachen die Teilchen mit zunehmender Größe immer mehr ab. Des Weiteren wurde in dieser Arbeit die Methode des lasergestützten Wachstums auf das System Gold auf Titandioxid angewendet. Systematische Untersuchungen zeigten, dass sich das Achsverhältnis der Teilchen durch geeignete Wahl von Photonenenergie und Fluenz des eingestrahlten Laserlichts definiert und gezielt vorgeben lässt. Die Methode des lasergestützten Wachstums erschließt damit den Bereich außerhalb der Zugänglichkeit des natürlichen Wachstums. Aufgrund der Formabhängigkeit der spektrale Lage der Plasmonresonanz ist man somit in der Lage, die optischen Eigenschaften der Nanoteilchen gezielt einzustellen und z.B. für technische Anwendungen zu optimieren. Die Untersuchung der ultraschnellen Elektronendynamik von Goldnanoteilchen auf Titandioxid mit äquivalenten Radien zwischen 8 bis 15 nm erfolgte in dieser Arbeit mit der Methode des spektralen Lochbrennes. Hierzu wurde die Dephasierungszeit des Oberflächenplasmons systematisch als Funktion der Photonenenergie in einem Bereich von 1,45 bis 1,85 eV gemessen. Es zeigte sich, dass die gemessenen Dephasierungszeiten von 8,5 bis 16,2 fs deutlich unter den in der dielektrischen Funktion von Gold enthaltenen Werten lagen, was den erwarteten Einfluss der reduzierten Dimension der Teilchen demonstriert. Um die Messwerte trotz verschiedener Teilchengrößen untereinander vergleichen und den Einfluss der intrinsischen Dämpfung quantifizieren zu können, wurde zusätzlich der Dämpfungsparameter A bestimmt. Die ermittelten A-Faktoren zeigten dabei eine starke Abhängigkeit von der Plasmonenergie. Für Teilchen mit Plasmonenergien von 1,45 bis 1,55 eV wurde ein Dämpfungsfaktor von A ~ 0,2 nm/fs ermittelt, der lediglich Oberflächenstreuung als dominierenden Dämpfungsmechanismus widerspiegelt. Hingegen wurde für Teilchen mit Plasmonenergien oberhalb von 1,55 eV ein drastischer Anstieg der Dämpfung auf A ~ 0,4 nm/fs beobachtet. Die erhöhte Dämpfung wurde dabei dem zusätzlichen Vorliegen einer chemischen Dämpfung durch das Titandioxidsubstrat zugeschrieben. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse somit, dass eine starke Abhängigkeit der chemischen Dämpfung von der Photonenenergie vorliegt. Es konnte erstmals nachgewiesen werden, dass die chemische Dämpfung erst ab einer bestimmten unteren Schwelle der Photonenenergie einsetzt, die für Goldnanoteilchen auf Titandioxid bei etwa 1,6 eV liegt.
Resumo:
Gold nanoparticles (AuNP) incorporated into hydrotalcite (HT), provide an interesting type of pigment in which temperature can modulate the plasmon resonance and the aggregation phenomenon. As inferred from microscopy techniques, the preferential binding sites are located at the border of the HT external basal surface, leading to aggregates of gold nanoparticles displaying characteristic plasmon resonance and interference bands around 520 and 700 nm, respectively. The thermally induced color changes in the HT-supported gold material arise from the competition between of nanoparticles aggregation and fusion processes, as characterized by TEM and STM. A laser beam can also induce such changes, allowing the writing of optical information on this type of material.
Resumo:
This paper presents the application of surface-enhanced resonance Raman spectroscopy (SERRS) for the structural study of alizarin red S (ARS) and the nature of its interaction with silver nanoparticles. SERRS data for ARS over nanostructured silver electrodes suggest a surface-induced reaction of the adsorbed dye and the formation of an ion stabilized by the dye and alkali ions adsorbed at the metal surface. We found that precoating the SERS active substrate with 1-propanethiol inhibits the surface-induced modification of ARS. In addition to preventing structural modifications of ARS, the coating also concentrates the hydrophobic dye close enough to the SERS active interface enabling the observation of excellent Raman spectra of ARS in aqueous environment at ppm levels. The influence of resonance Raman effect and of the pH on the SERS spectra of ARS was also investigated. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.
Resumo:
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
Resumo:
Thin solid films of bis benzimidazo perylene (AzoPTCD) were fabricated using physical vapor deposition (PVD) technique. Thermal stability and integrity of the AzoPTCD PVD films during the fabrication (similar to 400 degrees C at 10(-6) Torr) were monitored by Raman scattering. Complementary thermogravimetric results showed that thermal degradation of AzoPTCD occurs at 675 degrees C. The growth of the PVD films was established through UV-vis absorption spectroscopy, and the surface morphology was surveyed by atomic force microscopy (AFM) as a function of the mass thickness. The AzoPTCD molecular organization in these PVD films was determined using the selection rules of infrared absorption spectroscopy (transmission and reflection-absorption modes). Despite the molecular packing, X-ray diffraction revealed that the PVD films are amorphous. Theoretical calculations (density functional theory, B3LYP) were used to assign the vibrational modes in the infrared and Raman spectra. Metallic nanostructures, able to sustain localized surface plasmons (LSP) were used to achieve surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) and surface-enhanced fluorescence (SEF).
Resumo:
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)