Výroba a charakterizace plazmonických antén na zvolené tenké vrstvě s cílem získat zesílenou absorbci díky přítomnosti silné vazby
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Systémy se silnou vazbou nabízí mnoho významných aplikací v různých oblastech, například fotonice, chemii, nelineární optice a dalších. Tato bakalářká práce je zaměřena na výrobu kovových plazmonických struktur vhodných pro vznik silné vazby mezi lokalizovanými povrchovými plazmony antén a fonony tenké vrstvy hexagonálního nitridu boru (hBN) v infračervené oblasti. V případě navození silné vazby by mělo dojít ke zvýšení absorpce, díky které lze tento systém použít na výrobu detektoru infračerveného záření, tzv. mikrobolometru. Práce shrnuje důležité poznatky z teorie elektromagnetického pole, popisuje vznik silné vazby z pohledu klasické fyziky a uvádí příklady systémů se silnou vazbou. Dále je teoreticky popsán vznik povrchových plazmonových polaritonů a lokalizovaných povrchových plazmonů (LPP). V práci jsou popsány plazmonické antény, jejich výroba, aplikace a fyzikální vlastnosti hBN. V rámci praktické části byla realizována výroba plazmonických antén pod nebo na tenké vrstvě hBN. Vyrobené vzorky byly charakterizovány rastrovacím elektronovým mikroskopem a spektrální odezva byla změřena infračervenou spektroskopií s Fourierovou transformací. Ve spektrech byla potvrzena absorpce hBN na 7,3 m a naměřena další minima propustnosti odpovídající přítomnosti antén. Přítomnost silné vazby mezi LPP antén a fonony nativní vrstvy SiO2 byla pravděpodobně pozorována. Zdali došlo k silné vazbě mezi LPP antén a fonony hBN nelze ze získaných výsledků usuzovat.
Strong coupling systems offer many important applications in various fields such as photonics, chemistry, nonlinear optics and others. This Bachelor's thesis focuses on the fabrication of metal plasmonic structures suitable for the formation of strong coupling between localized surface plasmon antennas and hexagonal boron nitride (hBN) thin film phonons in the infrared region. In the case of inducing a strong coupling, an increase in absorption should occur, which makes it possible to use this system to fabricate an infrared detector, the so-called microbolometer. The thesis summarizes important findings from electromagnetic field theory, describes the formation of strong coupling from the perspective of classical physics and gives examples of systems with strong coupling. Furthermore, the formation of surface plasmon polaritons and localized surface plasmons (LSPs) is theoretically described. Plasmonic antennas, their fabrication, applications and physical properties of hBN are described. In the practical part of the thesis, fabrication of plasmonic antennas under or on hBN thin film has been realized. The fabricated samples were characterized by scanning electron microscopy and the spectral response was measured by Fourier transform infrared spectroscopy. In the spectra, the absorption of hBN at 7.3 m was confirmed and additional transmittance minima corresponding to the presence of antennas were detected. The presence of a strong coupling between the LSPs antennas and the phonons of the native SiO2 layer was probably observed. Whether there was a strong coupling between the LSPs antennas and the hBN phonons cannot be inferred from the the obtained results.
Strong coupling systems offer many important applications in various fields such as photonics, chemistry, nonlinear optics and others. This Bachelor's thesis focuses on the fabrication of metal plasmonic structures suitable for the formation of strong coupling between localized surface plasmon antennas and hexagonal boron nitride (hBN) thin film phonons in the infrared region. In the case of inducing a strong coupling, an increase in absorption should occur, which makes it possible to use this system to fabricate an infrared detector, the so-called microbolometer. The thesis summarizes important findings from electromagnetic field theory, describes the formation of strong coupling from the perspective of classical physics and gives examples of systems with strong coupling. Furthermore, the formation of surface plasmon polaritons and localized surface plasmons (LSPs) is theoretically described. Plasmonic antennas, their fabrication, applications and physical properties of hBN are described. In the practical part of the thesis, fabrication of plasmonic antennas under or on hBN thin film has been realized. The fabricated samples were characterized by scanning electron microscopy and the spectral response was measured by Fourier transform infrared spectroscopy. In the spectra, the absorption of hBN at 7.3 m was confirmed and additional transmittance minima corresponding to the presence of antennas were detected. The presence of a strong coupling between the LSPs antennas and the phonons of the native SiO2 layer was probably observed. Whether there was a strong coupling between the LSPs antennas and the hBN phonons cannot be inferred from the the obtained results.
Description
Keywords
Plazmonická anténa, lokalizovaný povrchový plazmon, silná vazba, hexagonální nitrid boru, rastrovací elektronový mikroskop, infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací, Plasmonic antenna, localized surface plasmon, strong coupling, hexagonal boron nitride, scanning electron microscope, Fourier transform infrared spectroscopy
Citation
VODIČKA, M. Výroba a charakterizace plazmonických antén na zvolené tenké vrstvě s cílem získat zesílenou absorbci díky přítomnosti silné vazby [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (člen)
doc. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
Date of acceptance
2022-06-16
Defence
Po otázkách oponenta bylo diskutováno
Vlnové číslo a vlnočet.
Rozdíl mezi FTIR a disperzním spektrometrem.
Student na otázky odpověděl výborně.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení