Studium rezonančních procesů v plazmonických nanostrukturách pro senzorové aplikace

Abstract

Diplomová práce se soustředí na obecnou problematiku rezonančních procesů v plazmonických nanostruktrurách se zaměřením na nanočástice a lokalizovanou povrchovou plazmonovou rezonanci. V souvislosti s modely pro popis materiálu představuje relevantní teorie pro popis a analýzu lokalizovaných plazmonových rezonancí, predevším kvazistatický model, Mieho model a dvě varianty zobecnění kvazistatickéeho modelu pro pravoúhlé struktury. Věnuje se rozboru parametrů ovlivňujících rezonanční chovaní nanocčástic, přičemž cílí na morfologické aspekty. V praci jsou dále představeny výsledky simulací provedených metodou konečných diferencí v časové doméně prostřednictvím komerčního softwaru FDTD Solutions od společnosti Lumerical Solutions, dostupneho na pracovisti. Simulace byly provedeny pro vybrané vhodné struktury složené z konečnýych rektangularních nanodrátů čtvercového průřezu. Struktury jsou analyzovány systematicky od samostatných nanodrátů proměnné délky a dvojice rovnoběžných nanodratů s proměnnou vzdáleností po trojici vhodně uspořádanou do struktury dolménu. Je zkoumaná predevším závislost rezonančních maxim v účinných průřezech a jejich laditelnost pomocí vhodných parametrů. Z pohledu senzorových aplikací je v závěru zkoumán vliv periodického uspořádání na vhodném substrátu. Práce podává ucelený obraz o vybraných nanostrukturách, ze kterého lze vycházet při jejich implementaci v aplikacích, pro něž je přínosem.

This thesis is focused on general issues of resonant processes in plasmonic nanostructures with specic attention to nanoparticles and localized surface plasmon resonance. Relevant models for description and analysis of localized surface plasmon resonance are introduced, in particular: quasistatic approximation, Mie theory and analytical approach for rectangular particles. Parametrs in uencing resonant behavior of nanoparticle are analysed with special interest in morphology and sensor applications. Results acquired with FDTD Solutions software (by Lumerical Solutions) using nite-dierence time-domain simulation method are shown. Simulations were mostly performed for selected structures composed of nite rectangular nanowires with square cross-section. Systematic analysis is made for single nanowires with varying lenght, parallel couple of nanowires with varying gap and selected dolmen structures with varying gap between one nanowire transversely located at parallel couple of nanowires. Dependence of resonant peaks of cross-sections and their tunability via suitable structuring is primarly researched and is followed with an eect of periodic arrangement. The thesis provides integrated picture of selected nanostructures to be used for implementation and to enhance sensor applications.