| Περίληψη: | Η αλληλεπίδραση των μετάλλων με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία οφείλεται κυρίως στα ελεύθερα ηλεκτρόνια του μετάλλου. Επιφανειακές ταλαντώσεις του ελεύθερου ηλεκτρονικού νέφους μπορούν να διεγερθούν μέσω ηλεκτρομαγνητικής (ΗΜ) ακτινοβολίας ή κρούσεων με ηλεκτρόνια ή άλλα φορτισμένα σωματίδια σχετικά μικρής ενέργειας. Οι συζευγμένες ταλαντώσεις ηλεκτρονίων-ΗΜ κυμάτων ονομάζονται πλασμόνια και απαντώνται ως φυσικό σύστημα στο στερεό όγκο του μετάλλου ή εμπλουτισμένου ημιαγωγού, στην επιφάνεια του στερεού, σε νανοσωματίδια και νανοδομές.
Η χρήση νανοσωματιδιακών πλασμονικών δομών αναφέρεται στην αρχαιότητα ως μέσo χρωματισμού υλικών κεραμικής και υαλουργίας. Από τις πρώτες μελέτες των Drude-Sommerfeld, τα πειράματα του Wood (1902) και έως σήμερα, η μελέτη των πλασμονίων υφίσταται σταθερά αυξανόμενο ενδιαφέρον βρίσκοντας πολυάριθμες εφαρμογές στην ιατρική, βιολογία, χημεία κ.α.
Κύριο αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία πλασμονικών επιφανειών χρυσού (Au) για εφαρμογές σε φωτονικούς αισθητήρες. Η εργασία ασχολείται με δυο κατηγορίες πλασμονικών επιφανειών, οι οποίες κατασκευάζονται και μελετώνται με αναλυτικές μεθόδους μικροσκοπίας και φασματοσκοπίας. Εντοπίζονται ο συντονισμός πλασμονίου και η εν γένει φασματική συμπεριφορά τους.
Η πρώτη φάση του έργου εστιάζει στη δημιουργία και μελέτη δομών εντοπισμένων επιφανειακών πλασμονίωνAuσε υποστρώματα υάλου. Η εναπόθεση των νανομετρικών υμενίων νησίδων Auπραγματοποιήθηκε με ιοντοβολή και ακολούθησε θερμική επεξεργασία και επεξεργασία με ακτινοβολία excimer λέιζερ ArF βαθέως υπεριώδους, λ=193nm, για βελτιστοποίηση της δομής. Στην συνέχεια, μελετήθηκε η δομή και η λειτουργική συμπεριφορά των επιφανειώνμε φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού στον αέρα, καθώς και στις μεταβολές του δείκτη διάθλασης του περιβάλλοντος μέσου υποδειγματικών διαλυμάτων H2O/NaCl. Τα αποτελέσματα δείχνουν μια αξιόλογη γραμμική μετατόπιση (Δλ) της κεντρικής συχνότητας με την αύξηση του δείκτη διάθλασης του μέσου με ρυθμό ~493 nm/RIU και δυναμικό πεδίο ~230 %/RIU.
Στη δεύτερη φάση δημιουργήθηκαν πλασμονικές επιφάνειες Au σε ανάγλυφα οπτικά φράγματα περίθλασης και μελετήθηκε η οπτική συμπεριφορά τους με έμφαση στην πόλωση του φωτός, και στην σύζευξη φωτός-πλασμονίου. Παρατηρήθηκε ενίσχυση της πλασμονικής εκπομπής της ακτινοβολίας στην περιοχή του βαθέως ερυθρού και εγγύς υπερύθρου. Η μελέτη μετατόπισης του συντονισμού με την αύξηση του δείκτη διάθλασης ανέδειξε μια σημαντική μετατόπιση της τάξης ~2920nm/RIU, με δυναμικό πεδίο μέτρησης ~1624 %/RIU. .
Τα αποτελέσματα της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας αναμένεται να οδηγήσουν στην υλοποίηση υπερευαίσθητων δομών φωτονικών αισθητήρων και υπόσχονται την άμεση αξιοποίησή τους στην ανάπτυξη δομών φωτονικών βιοαισθητήρων με ειδικότερη εφαρμογή την ανίχνευση τοξινών σε τρόφιμα.
|
|---|
