Master's Thesis

Localized Surface Plasmons: Principles and Application

Final Thesis 3.7 MB

Author of thesis: Ing. Michal Kvapil, Ph.D.

Acad. year: 2009/2010

Supervisor: prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.

Reviewer: prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc.

Abstract:

The diploma thesis deals with plasmonic nanostructures for visible eventually near-infrared region of electromagnetic spectrum. At first, there are discussed basic terms which are necessary for description of plasmonic nanostructures and their properties. Then the resonant properties of gold nanoantennas on a fused silica substrate and in proximity of nanocrystalline diamond are addressed. FDTD simulations are used for an assesment of resonant properties and local electric field enhancement of these nanostructures. Possible manufacturing methods of the antennas and techniques for the measurement of their properties are mentioned at the end of the thesis.

Keywords:

plasmonics, plasmonic resonant antennas, localized surface plasmons, FDTD, simulations, nanocrystalline diamond

Date of defence

16.06.2010

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (N3901-2)

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)
doc. RNDr. Josef Kuběna, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.

Pan Michal Kvapil ve své diplomové práci navázal na problematiku řešenou v rámci své bakalářské práce i šestiměsíčního studia na Imperial College ve skupině předního odborníka na plazmoniku prof. Stefana Maiera. Pracoval odpovědně, samostatně a s velkou tvůrčí invencí.Jeho výsledky najdou přímé uplatnění při řešení výzkumných úkolů skupiny.
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 A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Diplomová práce je rozložena do dvou částí. Ta první (kapitola 1-4) má úvodní, teoretický charakter. Uvádí základní pojmy z teorie elmag. pole, klasický mikroskopický model optických vlastností reálného prostředí a popis povrchového plazmového polaritonu a lokalizovaného povrchového plazmonu. Rozsah této části je přiměřený potřebám diplomové práce a svědčí o tom, že diplomant dobře zvládl teoretické základy. Kapitoly jsou napsány přehledně a věcně. Vytknout lze jen drobnosti, např. přesnější uvádění předpokladů, vhodnější formulace, drobné překlepy.
Druhá část, tj. vlastní obsah diplomové práce, spočívá v simulaci fyzikálních vlastností struktur využívaných v plazmonice. Podrobně je popsána použitá simulační metoda, kterou využívá dostupný komerční program. Bylo by vhodné uvést časovou náročnost výpočtů s ohledem na přesnost simulací a možnosti studia rozmanitosti struktur. Pozornost je věnována výběru vhodných materiálů, tady mohl být výběr širší. Např. simulace na Ag by mohly být docela zajímavé. Autor se soustředil na studium jednoduché obdélníkové Au antény na skleněném podkladu a na vliv změny jednotlivých rozměrů. Studium rozšířil o vliv nanokrystalického diamantu v okolí těchto antén. Výsledkem jsou velmi cenné závislosti a pravidla pro budoucí konstrukci funkčních antén a plazmonických struktur. Předností jsou samozřejmě 3D simulace.V závěru je pozornost věnována možnosti praktické výroby těchto struktur a metodám měření rezonančních vlastností. Tato část je relativně velmi stručná.
Závěrem je možné konstatovat, že autor splnil zadání diplomové práce v celém rozsahu. Nejcennější je podrobná 3D simulace Au antény v různých prostředích. Ačkoliv to nebylo v zadání, velmi bych ocenil jakýkoliv i primitivní experimentální pokus a srovnání se s teoretickými výsledky. Práce je dobrým východiskem pro takový cíl.
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 A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jaká je celková síla na pravé straně rovnice (3.6)? Na str. 31 se předpokládá zdroj světla 400-800nm a simulace se provádějí od 300 do 1300nm? Proč se nevyzkoušela simulace na Ag? Na str. 38 byla zvolena L=130nm jako základní rozměr, na str.37 dole se konstatuje právě pro tento rozměr poněkud anomální chování.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová