A coherent coupling between graphene plasmon and molecular vibration in strong coupling regime
Güçlü bağlantı rejiminde grafen plazmonu ve moleküler titreşim arasındaki tutarlı bağlantı
- Tez No: 898609
- Danışmanlar: Dr. WON MI AHN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- 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: 104
Özet
Atomların veya moleküllerin enerji durumlarını manipüle etmek, spektroskopi, analitik kimya, atomik yapı analizi, görüntüleme, kimyasal ve biyolojik algılama gibi mikro-nanoteknolojinin pek çok alanında sınırsız bir potansiyel taşıdığı için büyük ilgi çekmektedir. Elektrik veya manyetik alan uyarımı, moleküler titreşim veya dönme uyarımı, kuantum tünelleme ve lazer uyarımı gibi çeşitli yöntemler, atomik veya moleküler enerji modülasyonu için kullanılmaktadır. Elektromanyetik dalgaların malzemelerle etkileşimi, bağlanma gücüne bağlı olarak, Fano rezonansı ve Purcell etkisi gibi zayıf veya kuvvetli bağlanma rejimlerine girebilir. Kuvvetli bağlanma rejiminde hibritleşmiş polaritonik durumların oluşumu, malzeme uyarımının enerji seviyelerini değiştirerek malzemelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirmek için yeni bir yol sunar. Polaritonik durumların oluşumu eksitonik geçişler için gösterilmişken, aynı fenomen moleküler titreşimlerde de gerçekleşebilir. Genellikle, iki paralel metal veya dielektrik aynanın bulunduğu bir Fabry-Pérot (FP) boşluğu, boşlukta yer alan malzemenin moleküler titreşimleri ile boşluk optik modunun etkileşimi yoluyla kuvvetli bağlanmayı indüklemek için kullanılır. Bununla birlikte, düzlemsel bir optik boşluk, polaritonik durumların izlenmesinde sınırlı bir mekansal çözünürlüğe sahiptir. Ayrıca, FP boşluğundaki kuvvetli bağlanma, FP boşluğundaki optik alanların mekansal olarak değişmesi nedeniyle bir topluluk ortalamasını temsil eder. FP boşluğunun bazı sınırlamalarını ele almak için, titreşimsel güçlü kuplajı (VSC) göstermek için yeni bir optik rezonatör olarak derin bir metal kafes kullandım. Öncelikle, derin metal kafesin optik özelliklerini simüle ettim ve yerelleştirilmiş yüzey plazmon rezonansları ile manyetik polaritonlar arasındaki hibridizasyonun güçlü orta kızılötesi optik rezonanslar üretmekten sorumlu olduğunu buldum. Tek katmanlı grafen kafese entegre edildiğinde, kafes rezonansları, ayrık grafen plazmon modları ile sürekli kafes rezonansları arasındaki zayıf kuplajın bir sonucu olarak Fano çizgi şekilleri gösterdi. Ek olarak, derin metal kafese bir moleküler soğurucu eklenerek, kafes yüksekliği ve genişlikleri ile grafene uygulanan kimyasal potansiyel dahil olmak üzere sistem parametrelerini değiştirerek polaritonik enerji durumlarında ayarlanabilirlikle VSC elde edildi. Simülasyonlara paralel olarak, kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle geniş bir çift katmanlı grafen alanı oluşturdum ve elektron demeti litografisi ve endüktif olarak eşlenmiş plazma aşındırma yöntemiyle derin metal kafes yapıları ürettim.
Özet (Çeviri)
Manipulating the energy states of atoms or molecules is of great interest due to its unlimited potential in spectroscopy, analytical chemistry, atomic structural analysis, imaging, chemical and biological sensing, and many other fields of micro-nanotechnology. Various ways of atomic or molecular energy modulation have been employed to date, such as electric or magnetic field excitation, molecular vibrational or rotational excitation, quantum tunneling, and laser excitation. When electromagnetic wave interacts with materials, it may fall into either a weak, i.e., Fano resonance and Purcell effect, or strong coupling regime depending on the coupling strength. The formation of hybridized polaritonic states in the strong coupling regime opens up a new way to modify materials' physical and chemical properties by altering energy levels of the material excitation. While the formation of polaritonic states has been demonstrated for excitonic transitions, the same phenomenon can also take place with molecular vibrations. In general, a Fabry-Pérot (FP) cavity having two parallel metal or dielectric mirrors is used to induce strong coupling as a cavity optical mode interacts with molecular vibrations of a material placed in the cavity. However, a planar optical cavity has a limited spatial resolution for monitoring polaritonic states. Moreover, strong coupling in the FP cavity represents an ensemble-average due to spatially-varied optical fields inside the FP cavity. To address some of the limitations of the FP cavity, I used a deep metal grating as a new optical resonator to demonstrate vibrational strong coupling (VSC). First, I simulated the optical properties of the deep metal grating and found that the hybridization between localized surface plasmon resonances and magnetic polaritons is responsible for generating strong mid-infrared optical resonances. When single-layer graphene was integrated into the grating, the grating resonances showed Fano line shapes as a result of a weak coupling between discrete graphene plasmon modes and continuum grating resonances. In addition, with the addition of a molecular absorber to the deep metal grating, VSC was achieved with tunability in polaritonic energy states by changing the system parameters including the grating height and widths, as well as the chemical potential applied to the graphene. In parallel with simulations, I generated a large area of double-layer graphene by chemical vapor deposition and fabricated deep metal grating structures by electron-beam lithography and inductively-coupled plasma etching.
Benzer Tezler
- Photophysics of interlayer excitons in TMDC heterobilayers
TMDC heteroyapılarındaki katmanlar arası eksitonların fotofiziği
MEHMET ATIF DURMUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM SARPKAYA
- Shallow flow instabilities: Effects of gravity standing wave coupling
Başlık çevirisi yok
BURAK AHMET TUNA
- Free electron laser: An interaction of a relativistic electron beam with a static helical magnetic field
Başlık çevirisi yok
MOHAMMAD HADİ ZAREIE
Yüksek Lisans
İngilizce
1989
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. SİNAN BİLİKMEN
- Decoherence and entanglement in single molecule magnets
Tek molekül mıknatıslarda eşevresizlik ve dolaşıklık
ÖZGÜR BOZAT
Doktora
İngilizce
2008
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ZAFER GEDİK
- Lageos I ve lageos II için doğruluk analizi
Başlık çevirisi yok
GAYE KIZILSU
Doktora
Türkçe
1998
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiÖlçme Tekniği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET ŞAHİN