Titelaufnahme

Titel
Plasmonic excitations in nanometric gold ring structures with broken symmetry / Philipp Schäffner
Verfasser/ VerfasserinSchaeffner, Philipp
Begutachter / BegutachterinHohenau Andreas
Erschienen2010
UmfangX, 84 S. : Zsfassung ; Ill., graph. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Dipl.-Arb., 2010
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (GND)Plasmon / Massenresonanz / Nanopartikel / Gold / Plasmon / Massenresonanz / Nanopartikel / Gold / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-23233 Persistent Identifier (URN)
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Plasmonic excitations in nanometric gold ring structures with broken symmetry [6.38 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Nanometrische Metallstrukturen zeigen einzigartige optische Eigenschaften, die von kohärenten Schwingungen des Elektronenplasmas im Metall hervorgerufen werden, welche man als lokalisierte Oberflächenplasmonenmoden bezeichnet. Werden letztere durch Wechselwirkung mit Licht angeregt, so äußert sich das in Resonanzen im optischen Absorptions- und Streuspektrum. Das spektrale Profil solcher Plasmonenresonanzen ist dabei stark von der Größe und Form der Struktur sowie von der Brechzahl des Umgebungsmediums abhängig. Die vorliegende Arbeit beschreibt die plasmonischen Eigenschaften von Gold-Nanostrukturen, welche eine geschlossene oder eine mit einem Spalt versehene Ringgeometrie aufweisen. Mit Hilfe von Elektronenstrahllithographie wurden die Strukturen auf Nanometer genau gestaltet. Experimentelle Untersuchungen mittels optischer Extinktions- und Streulichtspektroskopie wurden durch numerische Simulationen auf der Grundlage einer Randelementmethode ergänzt.Für die betrachteten Strukturen existieren mehrere lokalisierte Oberflächenplasmonenmoden, was durch ausgeprägte Resonanzen in den optischen Extinktions- und Streuspektren sowohl von Einzelstrukturen als auch von Strukturensembles beobachtbar ist. Es zeigt sich, dass die Moden für die beiden untersuchten Geometrien derselben Dispersionsrelation genügen und im Rahmen eines Modells stehender (Plasmon-) Wellen interpretiert werden können. Die Anregung der energetisch höher liegenden Moden (in Bezug auf die Lage der dipolaren Grundmode) der geschlossenen Ringstruktur ist jedoch nur bei schrägem Lichteinfall möglich. Des Weiteren führt die Anregung bestimmter Moden des Ringes mit einem Spalt zu einer beachtlich hohen Feldverstärkung in dem Spaltbereich.Abschließend wird experimentell gezeigt, dass die Ringstrukturen mit einem Spalt im Prinzip die Detektion von Bindungsreaktionen von DNA-Oligonukleotiden ermöglichen und dafür eine im Vergleich zu ring- und scheibenförmigen Strukturen hohe Sensitivität aufweisen.

Zusammenfassung (Englisch)

Nanometric metal structures exhibit unique optical properties that originate from coherent oscillations of the free electron plasma of metals which are called localized surface plasmon modes. Excitation of the latter through interaction with light comes with a resonant response in the optical absorption and scattering. The spectral profile of such plasmon resonances is thereby strongly dependent on the structure's size and shape as well as on the refractive index of the surrounding medium.The present work describes the plasmonic properties of gold nanostructures featuring a closed ring or split ring geometry. Electron beam lithography was employed to tailor these structures on the nanometer scale. Experimental studies based on optical extinction and scattering spectroscopy were corroborated by numerical simulations using a boundary element method. The discussed structures support multiple localized surface plasmon modes, which is evident from pronounced resonances in the optical extinction and scattering spectra of a single structure as well as of structure ensembles. We found that the modes for both discussed geometries follow the same dispersion relation and that they can be uniformly interpreted in terms of a standing (plasmon) wave model. However, for the ring structure, an excitation of the energetically higher modes (with respect to the dipolar, fundamental mode) is achieved only for an illumination at oblique incidence. Furthermore, the excitation of certain split ring modes is accompanied with remarkable field enhancement values in the gap region. Finally, in an experimental proof of principle, we demonstrate that the split ring structures allow to recognize DNA-oligonucleotide binding events with high sensitivity, as compared to ring and disk shaped structures.