Master's Thesis

Optical response of infrared plasmonic antennas in presence of silicon dioxide thin film

Final Thesis 4.04 MB

Author of thesis: Ing. Vladimír Biolek

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: Ing. Michal Kvapil, Ph.D.

Reviewer: doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D.

Abstract:

The diploma thesis deals with the optical response of resonant infrared antennas on silicon dioxide thin film. At first, theory of electromagnetism at metal/dielectric interfaces is described. In the next part, experimental and numerical methods used in the thesis are described and strong coupling between two systems is explained. In the final part of the thesis, the optical response of resonant infrared antennas on a silicon dioxide thin film is studied by Fourier transform Infrared Spectroscopy and FDTD simulations which both show the strong coupling between localized plasmons and phonons in silicon dioxide.

Keywords:

FDTD, FTIR, localized surface plasmons, plasmonic resonant antennas, strong coupling

Date of defence

20.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (M2A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Michal Kvapil, Ph.D.

Diplomant Vladimír Biolek k práci přistoupil značně samostatně. Po krátkém zaškolení v simulačním softwaru byl schopen samostatně navrhovat a vyhodnocovat numerické simulace. Stejně tak byl vyškolen pro práci na všech přístrojích potřebných k přípravě a měření vzorků. Následná výroba vzorků a experimenty tak probíhaly plně v režii diplomanta. V práci Vladimír Biolek prezentuje velké množství výsledků numerických simulací i experimentů. Malou kaňkou na této práci je, že v honbě za dalšími výsledky diplomant podcenil časovou náročnost kvalitního zpracování diplomové práce. Celkově hodnotím práci Vladimíra Biolka jako výbornou, tedy klasifikačním stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D.

Předkládaná diplomová práce se zabývá tématem silné vazby mezi plazmony generovanými kovovými anténami a fonony v podkladní vrstvě. Toto téma je studováno velmi komplexně. Prvně autor vytvořil několik sad infračervených antén s různými parametry, které se lišily délkou antén, tloušťkou podkladové vrstvy SiO2 a substrátem. Následně byla naměřena odrazivost a propustnost struktur infračerveným spektrometrem s mikroskopem v oblasti rezonance. V datech je zřejmě vidět jednak rezonanci antén a posuv rezonanční frekvence s délkou antén, ale především vliv a rozštěpení rezonanční struktury díky vazbě s longitudinálním fononem v podkladní vrstvě SiO2. Jako demonstraci, že se jedná o silnou vazbu, byla vynesena závislost rezonančních vlnových délek na délce antén, které vykazují znaky tzv. nepřekřížení typického pro silnou vazbu. Naměřené výsledky byly porovnávány s numerickými výsledky pomocí metody FDTD, které ukazují, že pro frekvenci longitudinálního fononu SiO2 pole rezonuje právě v oblasti podkladní vrstvy SiO2.

Celistvý přístup k tématu, kdy autor jednak vzorky vyrobil, podruhé naměřil a nakonec měření simuloval numerickými metodami je jedno z velikých kladů diplomové práce, na kterém autor dokázal, že je schopen kreativně zvládnout různé techniky od experimentálních až k teoretickým. Práce má velmi dobrou formální strukturu: téma a použité metody jsou podrobně uvedeny, podrobně popsané jsou i výsledky experimentu a numerických simulací. V práci je značné množství relevantních citací. Z tohoto pohledu práce jednoznačně splňuje požadavky kladené na diplomovou práci a jednoznačně ji hodnotím známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. o v práci se několikrát objevuje informace, že index lomu CaF2 je menší než SiO2, což pro citelnou část měřeného spektra neplatí. Práci by prospělo, kdyby byl někde graf těchto veličin v měřeném rozsahu. Prosím připravte tento obrázek pro obhajobu. o Je překvapivé, že na vzorcích s tloušťkou SiO2 10nm na substrátu CaF2 není vliv silné vazby s fonony SiO2 patrný, na rozdíl od tloušťky 20nm. Máte nějaké vysvětlení proč tomu tak je?
  2. - několik připomínek k formálním detailům: o autor vynášel měřené i simulované veličiny v závislosti na vlnové délce, což je pro infračervený obor v dnešní době již značně neobvyklé. Čitelnosti práce by prospělo, kdyby byly použity vlnočty nebo THz. o popis měření by patřil spíše do sekce 4.1.2 než 4.1.1 o rozlišení grafů mohlo být větší anebo grafy mohly být importovány vektorově

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová