Titelaufnahme

Titel
Actively controlled plasmonic nanocavities / vorgelegt von Markus Krug
Verfasser/ VerfasserinKrug, Markus
Begutachter / BegutachterinHohenau, Andreas
ErschienenGraz, September 2017
Umfang104 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftKarl-Franzens-Universität Graz, Dissertation, 2017
Anmerkung
Zusammenfassungen in Deutsch und Englisch
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-119153 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
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Actively controlled plasmonic nanocavities [16.06 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die lokalisierten Plasmonenresonanzen metallischer Nanopartikel erlauben es, sie als optische Antennen aufzufassen, die optische Nahfelder und sich ausbreitendes Licht effizient ineinander umwandeln können. Speziell in einem nanometrischen Spalt zwischen zwei Nanopartikeln sind die Nahfelder stark lokalisiert, was auch die Kopplung von dort positionierten Einzelphotonenemittern (zum Beispiel fluoreszierenden Molekülen) mit Licht wesentlich erhöht. Dieser Effekt kann zur Herstellung schneller Einzelphotonenquellen für Quantencomputer genutzt werden. In dieser Arbeit werden Methoden zur Herstellung derartiger optischer Nanoresonatoren mit subnanometrischer Kontrolle der Spaltbreite untersucht. Zunächst widmet sich die Arbeit chemisch gebundenen, kolloidalen Nanopartikelpaaren. Deren optische Eigenschaften und Elektronenverlustspektren können sowohl experimentell gemessen als auch numerisch simuliert werden. Die starke Abstandsabhängigkeit dieser optischen Eigenschaften und insbesondere der Nahfeldverstärkungen legt nahe, Partikelpaare mit aktiv kontrollierbarem Spalt mittels einer Rastersondenmethode zu realisieren: Ein an einer dielektrischen Rastersonde befestigtes Nanopartikel wird relativ zu einem auf einem Substrat befindlichen Nanopartikel positioniert. Durch die Änderung der Spaltbreite hervorgerufene Effekte können mithilfe des eigens entwickelten Spektroskopieaufbaus nachgewiesen werden. Für spätere Messungen ist es unumgänglich, zunächst den Einfluss der dielektrischen Rastersonde selbst auf ein metallisches Nanopartikel zu untersuchen. Positionsabhängig können Änderungen der Plasmonenresonanz im Hinblick auf ihre spektrale Position, Breite und Intensität nachgewiesen werden. Diese Informationen können darüber hinaus als lokale Empfindlichkeiten von plasmonischen Biosensoren interpretiert werden. Schließlich wird eine Methode zum Befestigen metallischer Nanopartikel an der Spitze entwickelt und bezüglich ihrer Vor- und Nachteile detailliert untersucht.

Zusammenfassung (Englisch)

Metal nanoparticles supporting localized plasmon resonances can be understood as optical antennas that efficiently convert propagating light to confined near fields and vice versa. The near fields are further confined in small nanometric gaps between two coupled nanoparticles. These plasmonic nanocavities can thus greatly enhance the coupling of light and single photon emitters positioned in the gap, as needed to, e.g., build fast single photon sources for quantum information processing. In this work, we investigate methods to create and control these nanocavities with subnanometer accuracy. We first study colloidal plasmonic nanoparticles, separated by a molecular linker, by optical and electron energy loss spectroscopy, and numerical simulations. Motivated by the strong plasmonic enhancements and the strong distance dependence of the arising phenomena, we investigate a scanning probe approach to implement a plasmonic nanocavity, whose gap separation can be actively controlled. We aim to attach a gold nanosphere to a scanning probe tip and thereby control its distance to a second, fixed particle on a substrate in a stable scanning probe setup. The effect of changes of the gap can be monitored by the optical response with a fast single particle spectroscopy technique. To measure the influence of the glass tip on the plasmonic resonance beforehand, we scan the bare tip across a plasmonic particle. Recording the particle plasmon scattering spectrum for each tip position allows us to observe spectral resonance shifts concurrent with changes in scattering intensity and plasmon damping. The results can also be interpreted as local sensitivity maps in the context of refractometric (label-free) biosensing. Finally, we implement a particle pickup procedure to create actively controlled nanocavities, and investigate the benefits and the challenges of this approach.