Titelaufnahme

Titel
Mapping plasmons of designed nanostructures with fast electrons / vorgelegt von Franz Schmidt
Verfasser/ VerfasserinSchmidt, Franz
Begutachter / BegutachterinKrenn, Joachim ; Werner, Wolfgang
Erschienen2014
UmfangII, 108 S. : 2 Zsfassungen ; Ill., graf. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. und engl. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Silber / Nanopartikel / Optische Eigenschaft / Oberflächenplasmon / Silber / Nanopartikel / Optische Eigenschaft / Oberflächenplasmon / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-69446 Persistent Identifier (URN)
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Mapping plasmons of designed nanostructures with fast electrons [24.93 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die außergewöhnlichen optischen Eigenschaften von metallischen Nanostrukturen rufen in den letzten Jahren ein verstärktes Interesse hervor. Die Fähigkeit Licht in Bereichen zu bündeln, die kleiner sind als seine Wellenlänge und die starke Zunahme der damit verbundenen elektrischen Feldintensitäten ist sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die Entwicklung neuartiger Anwendungen von entscheidender Bedeutung. Neue Technologien reichen von neuartigen Lichtquellen, über Innovationen in Photovoltaik, optischer Kommunikation und Speicherung bis hin zu ultrasensiblen Sensoren. Das interessante Verhalten ist eng verbunden mit Oberflächenplasmonen (OP), das sind kollektive Elektronenschwingungen an der Oberfläche des Nanopartikels.In dieser Arbeit werden OP mittels eines Elektronenstrahls in einem Transmissionselektronenmikroskop angeregt. Die hohe räumliche Auflösung wird dabei genutzt, um durch Elektronenenergieverlustspektroskopie eine detaillierte Studie von OP mit Nanometerauflösung zu ermöglichen. Dafür wird eine Vielzahl von Nanostrukturen unterschiedlicher Form durch Elektronenstrahllithographie erzeugt.Die Untersuchung der OP an der Oberfläche und Kante von Nanostrukturen und ausgedehnten Dünnschichtfilmen ergibt, dass plasmonische Anregungen in so genannte Film- und Kantenmoden eingeteilt werden können. Diese weisen unterschiedliche Dispersionsrelationen auf und stellen die Basiskomponenten für 2D bzw. 1D Plasmonen dar. Des Weiteren wird das komplette plasmonische Spektrum einer Silber Nanoscheibe entschlüsselt, was zur Entdeckung der "Breathing"-Mode führt. Letztlich wird die Nanoscheibe schrittweise zu einem Nanodreieck verformt und der Verlauf von Film- und Kantenmode untersucht. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Scheibenmoden als geeignete Basis für andere Partikelgeometrien fungieren. Es wird eine lineare Kombination von plasmonischen Eigenmoden eingeführt um Plasmonenmoden beliebiger Geometrien zu beschreiben.

Zusammenfassung (Englisch)

Metallic nanostructures and their extraordinary optical properties have become of great interest in the last two decades. Their ability to concentrate light into areas much smaller than its wavelength and to increase strongly the electric field intensities led to an immense motivation for scientific research. In addition, it promises new and exciting technological applications, ranging from novel light sources, innovations in photovoltaics, improved optical communication and storage to new sensor devices. The interesting properties of metal nanostructures are linked to optical excitations on their surfaces, so-called surface plasmons (SPs), i.e, resonant collective electron oscillations coupled to an evanescent light field.In this work, fast electrons in a transmission electron microscope are used to probe SPs with unprecedented high spatial resolution. In combination with electron energy loss spectroscopy, a detailed study of the spatial distribution of SPs on the nanometer scale becomes possible. For the particle design electron beam lithography is applied to fabricate nanoparticles of various shapes.SP modes sustained by the flat surface and the edge of silver thin-film (nano)structures are probed and it is shown that plasmonic excitations can be decomposed to surface and edge modes as the two elementary building blocks, each having a distinct dispersion relation. For a silver nanodisk, the complete plasmonic spectrum is mapped, leading to the discovery of a new type of plasmon mode, the so-called breathing mode. Finally, a nanodisk is stepwise morphed into a nanotriangle, and the evolution of film and edge modes is traced. The results suggest that disk modes, characterized by their angular order, can serve as a suitable basis for other nanoparticle geometries. Similar to the linear combination of atomic orbitals in quantum chemistry, a linear combination of plasmonic eigenmodes is introduced to describe plasmon modes in different geometries.