Gold-wire Gratings: for Sensor Applications
Translated title
ld-wire Gratings - for Sensor Applications
Author
Uggerhøj, Jens Christian
Term
4. term
Education
Publication year
2011
Submitted on
2011-10-06
Pages
90
Abstract
Metalliske gitre kan bruges som sensorer, fordi de under bestemte betingelser understøtter plasmonresonanser – kollektive elektronsvingninger på en metallisk overflade, der kobler til lys og er meget følsomme over for ændringer i omgivelserne. Vi gennemgår de grundlæggende principper i plasmonik og de tilhørende resonansbetingelser. Med Greens funktion opstiller vi en teoretisk model for nærfeltet (det elektriske felt meget tæt på overfladen) omkring et guldgitter og varierer forskellige geometriske og materialemæssige parametre for at se, hvordan de påvirker feltet omkring gitterets linjer. Eksperimentelt fremstiller vi guld- og siliciumgitre ved hjælp af elektronstrålelitografi (en metode til at skrive mønstre i nanoskala). De resulterende strukturer karakteriseres med scannende elektronmikroskopi og atomarkraftmikroskopi for at bekræfte dimensioner og overfladekvalitet. Gitrernes optiske egenskaber undersøges med andenharmonisk spektroskopi, som måler lys ved dobbelt frekvens og er særligt følsom over for overflader. Til sidst forsøger vi at forklare de målte spektre ved at sammenholde dem med de teoretiske observationer.
Metallic gratings can serve as sensors because, under certain conditions, they support plasmon resonances—collective electron oscillations on a metal surface that couple to light and are highly sensitive to changes near the surface. We review the basic principles of plasmonics and the associated resonance conditions. Using Green's function, we build a theoretical model of the near field (the electric field very close to the surface) around a gold grating and vary geometric and material parameters to see how they affect the field around the grating lines. Experimentally, we fabricate gold and silicon gratings using electron-beam lithography, a nanoscale patterning method. We characterize the resulting structures with scanning electron microscopy and atomic force microscopy to verify their dimensions and surface quality. We then probe the optical response with second-harmonic spectroscopy, which detects light at twice the input frequency and is particularly sensitive to surfaces. Finally, we seek to explain the measured spectra by comparing them with the theoretical observations.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents