Plasmonické nanostruktury a jejich využití v optických biosenzorech

Abstract

Plazmonické nanostruktury představují jednu z atraktivních možností zvýšení intenzity Ramanova rozptylu na molekulách. Tato práce je zaměřena na využití difrakčních mřížek s povrchovými plasmony pro povrchem-zesílený Ramanův rozptyl. První kapitola této práce představuje teoretický úvod do studia interakce elektromagnetického záření s látkou a teorii povrchových plasmonů na rozhraní dielektrikum/kov a dielektrikum/kov/dielektrikum. Zvláštní pozornost je věnována možnosti vybuzení povrchového plazmonu na kovem pokrytých difrakčních mřížkách. Závěrečná část první kapitoly se zabývá teoretickým popisem Ramanova rozptylu. Druhá kapitola se věnuje samotné výzkumné práci a to jak teoretickému, tak experimentálnímu výzkumu difrakčních mřížek s povrchovými plasmony a jejich využití v senzorech založených na povrchem-zesíleným Ramanově rozptylu. Vybrané difrakční struktury zahrnují netransparentní mřížky s hladkým a hrubým povrchem a transparetní mřížky s hladkým povrchem. V modelových experimentech byla měřena spektrální účinnost difrakce do nultého řádu a povrchem-zesílený Ramanův rozptyl molekul naftalenthiolu adsorbovaných na povrchu mřížek.

Photonic nanostructures represent an attractive avenue to enhancing the efficiency of Raman scattering. This work focuses on the investigation of the surface-enhanced Raman scattering on diffraction gratings supporting surface plasmons. The first chapter of this work introduces fundamental theory of the interaction of electromagnetic radiation with matter and electromagnetic theory of surface plasmons on a dielectric/metal interface and on a dielectric/metal/dielectric interface. Special attention is given to the excitation of surface plasmons on metal-coated diffraction gratings. The chapter also introduces the theory of Raman scattering. The second chapter presents results of the theoretical and experimental research of diffraction gratings with surface plasmons, in particular, nontransparent diffraction gratings with smooth and rough surface and transparent diffraction gratings. The performance of plasmonic gratings is characterized by measuring the spectral intensity of light reflected in the zeroth order of diffraction. Finally, surfaceenhanced Raman spectra of naphtalenethiol molecules adsorbed on the surface of gratings are measured to demostrate surface-enhanced Raman scattering on difraction gratings.