Three dimensional nanoplasmonic surfaces: Modeling, fabrication and characterization
Üç boyutlu plazmonik yüzezler: Modelleme, nanofabrikasyon ve karakterizasyon
- Tez No: 336870
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Plazmonik, plazmonik nanoyapılar, zamanda sonlu farklar metodu (FDTD) benzetmesi, nanofabrikasyon, Plasmonics, plasmonic nanostructures, FDTD simulation, nanofabrication
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Günümüzde çeşitli uygulama alanlarına özel işlevsel nanoplazmonik yapıların tasarımı optoelektronikten hayat bilimlere kadar farklı alanlardan ilgi çekmektedir. Nanoplazmonik yapıların çok sayıda üretim yolları olmakla birlikte ince bir metal film tabakasının nanoşekillendirilmesi en sık kullanılan yöntemlerden birisidir. Bu yaklaşım oldukça hassas bir şekilde yapılan plazmonik birim hücresinin üretimine ve bu hücrenin aynı hassasiyetle metal yüzeyde tekrarlanmasına dayanmaktadır. Bugüne kadar bu tür nanoplasmonik yapıların birçok örneği olmakla birlikte, bu yapılar genellikle düzlemsel bir yüzey üzerine tasarlanmış ve uygulanmıştır. Bu mimarilerde plasmonik yapı genellikle alttaş yüzeyinin %100?ünü kaplamaktan oldukça uzak olmakta ve elektrik alan keskin köşeler ile motifler arasındaki küçük gediklerde hapsedilebilmektedir. Bir zorunluluk olmasa da periyodik yapıların kullanımı deneysel gerçekleme için sıkça kullanılmaktadır ve bu yapıların yüzey kaplama oranları -genellikle yüzeyin yarısına yakın olup- tabiatları gereği tamkaplamadan çok daha azdır. Sonuç olarak, bir düzlemsel yüzey üzerinde üretilennanoplasmonik yapıların yüzey kaplama oranları doğal olarak sınırlandırılmıştır ve bu yapıların elektrik alan artırımı çoğunlukla düzlemsel ya da hafifçe yapı üzerinde mümkün olmuştur. İşbu tezde, sıralanan sınırlamaları aşmak adınaşiddetli alan artırımını yüzeye dik olarak sağlayabilen ve alttaş yüzeyini %100?e çok yakın bir oranla kaplayan üç boyutlu nanoplazmonik yapılar düzlemsel olmayan bir yüzey olarak tasarlanmış ve uygulanmıştır. Çalışmalarımız sayısal modelleme ve deneysel karakterizasyonu içermektedir. Tasarımımızın viçalışmasını kanıtlamak için üç boyutlu, düzlemsel olmayan ve 180 derece döndürme simetrisine sahip dama tahtası nanoyapıları ürettik. Belirtilen dama tahtası yapılarında birbirini tamamlayan iki kare örgü dizisi yüzeyleri belirli yükseklikle birbirinden ayrılmakta ve bu iki birbirini tamamlayan düzlem arasındaki ayrım oldukça güçlü bir alan artırımı sağlamaktadır. Üretilmiş yapılar kuşbakışı %100 oranla yüzeyi kaplamaktadır. Nanoplazmonik yapıların elektromanyetik çözümü üçboyutlu nanoplazmonik yüzeylerin yüzeye dik modlarının alan artırımının iki boyutlu bileşenlerinin düzlemsel alan artırımına göre 7,2 kat daha güçlü olduğunu göstermiştir. Elde edilen sayısal sonuçlaruzak-saha optik iletim ve yansıma ölçümleri içeren deneysel gözlemleri ile oldukça uyumlu çıkmıştır. Soğurma spektroskopisi ayrıca düzleme dik alan yoğunlaşmanın sonucu, iki boyutlu yapılarda gözlenmeyen, üç boyutlu yapılarahas spektral imzayı ortaya çıkarmıştır. Bu sonuçlar gösteriyor ki üç boyutlu plazmonik yüzeyler, plazmonik etkileşimi hacimsel olarak artırarak bu etkileşimden daha iyi istifade etme olanağı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
-Today designing functional nanoplasmonic structures specific to a variety of applications attracts great interest from various fields ranging from optoelectronics to life sciences. There are numerous ways of making nanoplasmonic structures. Among them, nanopatterning of a thin-film metal layer is one of the most common approaches, which allows for finely controlled fabrication of a plasmonic unit and their repeating layout in the plane of the starting metal film. Although there are many examples of such nanopatterned plasmonic structures reported to date, they are typically designed and implemented on a planar surface. In these architectures, plasmonic layout commonly covers significantly less than 100% of the substrate surface and can provide field localization most strongly around the sharp corners and small gaps between the patterns. In the case of using a periodic layout, which is commonly employed for experimental realization (although periodicity is not necessary), the plasmonic array inherently yields a duty cycle substantially less than unity (usually close to 0.5). As a result, the surface coverage of nanopatterned plasmonic structures on a planar surface has intrinsically been limited and the field enhancement across their nanoplasmonic layout has been possible mostly in the plane and slightly above it. To address these limitations, this thesis proposed and demonstrated three-dimensional (3D) nanoplasmonic arrayed structures designed and implemented on a non-planar surface that allows for strong field enhancement in the out-of-plane direction and enables a very large surface coverage of the substrate close to unity. The thesis work included both ivnumerical modeling and experimental characterizations. As a proof-of-concept demonstration, we fabricated non-planar arrays of checkerboard nanostructures, each with two-fold rotational symmetry, laid out in a volumetric fashion as two interlocked square lattice arrays at two different levels, facilitating strong field localization vertically between these two complementary planes. The resulting nanofabricated samples exhibited a maximum surface coverage of 100% in planview. With full electromagnetic solution of such 3D nanoplasmonic surfaces, we showed that the out-of-plane field localization is 7.2-fold stronger than the inplane localization, in comparison to their two-dimensional (2D) components alone. These numerical results agree well with the experimental observations including far-field optical transmission and reflection measurements. The absorption spectroscopy further revealed that the resulting spectrum of the 3D checkerboard features a unique signature arising from the out-of-plane localization, which does not exist in the case of the 2D counterparts. These results indicate that 3D nanoplasmonics of such non-planar surfaces provides us with the ability to generate and better utilize the plasmonic volume, possibly useful for increased plasmonic coupling and interactions.
Benzer Tezler
- Yersel ağların elipsoid üzerinde üç boyutlu dengelenmesi
Three-dimensional adjustment of the terrestrialy measured geodeteic networks on the referance ellipsoid surface
ÇAĞRI DİKİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Jeodezi ve FotogrametriKaradeniz Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ASLAN DİLAVER
- Three dimensional hyperbolic grid generation
Üç boyutlu hiperbolik ağ üretimi
GÖKHAN DURMUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Uçak MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET Ş. KAVSAOĞLU
- Three-dimensional modelling of the human knee joint
İnsan diz ekleminin üç boyutlu modellemesi
AHMET ERDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. S. TURGUT TÜMER
- Three dimensional numerical modelling of transport processes in coastal water bodies
Kıyı sularının taşınım süreçlerinin üç boyutlu matematiksel modellemesi
LALE BALAS (HAPOĞLU)
Doktora
İngilizce
1998
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDAL ÖZHAN
- Three dimensional gas flow simulation in porous media
Gözenekli ortamlarda üç boyutlu gaz akımı simülasyonu
AZMİ EMİR GÜNİM