Coupled plasmonic structures for sensing, energy and spectroscopy applications
Eşlenmiş plazmonik yapıların sensör, enerji ve spektroskopi uygulamaları
- Tez No: 398823
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. AYKUTLU DANA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 163
Özet
Nanofabrikasyon ve karakterizasyon metotlarındaki yeni gelişmeler yenilikçi optik çalışmaları hızlandırmış, bu da nanofotonik ve plazmonik çalışmalarında ciddi bir artışa sebep olmuştur. Metal nano-yapılar ışığı dalga boyundan çok küçük boyutlara hapsederek yüzey plazmonlarının uyarılması sağlayarak elektromanyetik alan şiddetini arttırmaktadır. Diğer yandan, farklı plazmon modlarının eşlenmesi tek plazmonik rezonatör yapısıyla elde edilemeyecek çok zengin bir optik bant yapısı sunmaktadır. Bu tezde, ilk olarak metal-dielektrik-metal rezonatör yapısı baz alınarak eşlenik plazmon yapıları detaylı olarak çalışılmıştır. Sonra, benzer yapılar kullanılarak yenilikçi optik platformlar üretilerek yüzey artırımlı Raman spektroskopisi (SERS), yüzey artırımlı kızılötesi emilim spektroskopisi (SEIRA) ve plazmon artırımlı sıcak elektron aygıt uygulamaları gösterilmiştir. Tezin ilk kısmı plazmonik yapılar ve bu yapıların spektroskopi ve fotodetektör uygulamalarına yoğunlaşmıştır. İlk olarak, bu yapıları analitik ve numerik olarak çalışarak geniş alanlarda sabit artırımlı SERS uygulaması gösterilmiştir. Sonra, benzer yapıların 10nm'den küçük aralıklı olarak üretilmesiyle tek molekül Raman spektroskopisi uygulaması gösterilmiştir. Enerji uygulaması olarak da benzer eşlenik plazmonik yapıları kullanılarak sıcak elektronların ölçüldüğü XPS tabanlı bir yöntem geliştirilmiştir. Son olarak da aluminyum ve doğal aluminyum oksit tabakası kullanılarak hiyerarşik plazmonik yapıları üretilerek spektroskopi uygulamaları gösterilmiştir. Tezin ikinci kısmında görünür ve kızılötesi dalga boylarında girişim kaplamasına dayanan sensör platformları geliştirilmiştir. Plazmonik yapılar elektromanyetik alan şiddetini çok fazla arttırmalarına rağmen, moleküllerin sinyal şiddetleri mod hacminin küçüklüğünden dolayı azdır. Bu problemi aşmak için yeni girişim kaplamalara dayalı yeni bir strateji önerilmektedir. Bu yüzeyler kızılötesinde kullanıldıklarında plazmonik yüzeylerden daha iyi performans göstermektedirler. Son olarak da benzer yüzeyler görünür bölgede tek ve çift tabakalı proteinleri renk değişimine bağlı olarak tespit etmek için önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
Recent advances in nanofabrication and characterization methods have enabled the study of novel optical phenomena, thus boosting the research in nanophotonics and plasmonics. Metal nanostructures offer a route for the excitation of surface plasmons by confining the light in sub-wavelength dimensions, yielding extremely high electromagnetic field intensities. Moreover, coupling different plasmon modes offers a rich optical dispersion which cannot be obtained inherently by using single plasmonic resonator. In this thesis, we first present a detailed study of simple coupled plasmonic structures based on metal-insulator-metal structure. Then, we use similar structures to devise novel optical platforms in various applications such as surface enhanced Raman spectroscopy (SERS), surface enhanced infrared absorption spectroscopy (SEIRA) and plasmon enhanced hot-electron devices. The first part of this thesis concentrates on coupled plasmonic structures and their spectroscopy and photodetector applications. Firstly, we study these structures numerically and analytically and show surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) as a possible application with uniform signal intensities over large areas. Then, fabricating these plasmonic surfaces with sub-10nm gaps over large areas lead to development of single molecule Raman spectroscopy platforms. As an energy related application, a contact free characterization method is developed to probe hot electrons where similar coupled plasmonic surfaces are employed as hot electron devices. Finally, using aluminum and its native aluminum oxide hierarchical plasmonic surfaces are fabricated and its spectroscopy applications are demonstrated. In the second part of, we develop interference-coating-based sensing platforms in the visible and infrared wavelengths. Despite large field enhancements, plasmonic structures suffer from low signal intensities due to low mode volumes. To overcome this issue we propose another strategy, namely using interference coatings with small and uniform electric field enhancements over large mode volumes. These surfaces outperform the conventional plasmonic surfaces when they are used as infrared absorption spectroscopy platforms. Finally, similar surfaces are employed as colorimetric sensor platforms to sense monolayer and bilayer proteins simply by change in the surface color.
Benzer Tezler
- Femtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri
Solid-state laser applications of femtosecond laser written structures and upconversion pumped Tm3+:KY3F10 lasers
YAĞIZ MOROVA
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Molecular recognition based self assembly of engineered proteins on nanoscaled gold surfaces
Nano-ölcek metal yüzeylerde moleküler tanıma esaslı kendiliğinden montaj olabilen protein tasarımı
BANU TAKTAK KARACA
Doktora
İngilizce
2015
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
YRD. DOÇ. DR. BÜLENT BALTA
- A coherent coupling between graphene plasmon and molecular vibration in strong coupling regime
Güçlü bağlantı rejiminde grafen plazmonu ve moleküler titreşim arasındaki tutarlı bağlantı
MD FAYSAL HOSSAIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Dr. WON MI AHN
- Solution-processed nanostructures and devices for highly polarized light generation, scattering and sensing
Yüksek polarize ışıma, saçılma ve algılama için solüsyon bazlı işlenmiş nanoyapılar ve aygıtlar
CAN URAN
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Plasmonic band gap cavities
Plazmon bant aralığı kovukları
AŞKIN KOCABAŞ
Doktora
İngilizce
2008
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA AYDINLI