Master's Thesis

Surface Plasmon Resonances on Colloidal Nanoparticles

Final Thesis 25.04 MB Final Thesis 25.43 MB

Author of thesis: Ing. Jiří Beránek

Acad. year: 2012/2013

Supervisor: prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.

Reviewer: Mgr. Oto Brzobohatý, Ph.D.

Abstract:

The presented diploma thesis is focused on the Localized Surface Plasmons (LSP). The far-field optical response of the colloidal solutions of gold nanoparticles caused by LSP was investigated and compared with the numerical calculations. For the simulations, the Discrete Dipole Approximation (DDA) and Finite-Difference Time Domain (FDTD) techniques were employed. In particular, the shape and size effects of spherical particles and nanorods were studied. The simulations performed by both methods are in a good agreement for the spheres. For the nanorods, the resonance was found to be affected markedly by their geometry. Also, broader resonance peaks were found. This effect was assigned to the sample size distribution and its influence is discussed by comparing the simulations with experiments. In addition, synthesis of nanorods was carried out as well. Finally, the results on the study of optical properties of silver clusters formed under equilibrium conditions are presented.

Keywords:

Plasmonics, Localized Surface Plasmons, Gold, Nanoparticles, Colloids, DDA, FDTD

Date of defence

17.06.2013

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Physical Engineering

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)
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. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

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

Student pracoval velmi samostatně a iniciativně. Velkou měrou přispěl i k zajištění svého studijního pobytu na univerzitě v Mexiku, kde pracoval na části své diplomové práce.
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

Reviewer’s report
Mgr. Oto Brzobohatý, Ph.D.

Diplomová práce pana Jiřího Beránka, pojednávající o povrchové plazmonové rezonanci na koloidních nanočásticích je logicky a přehledně uspořádaná. Po krátkém úvodu do problematiky následuje kapitola, dávající stručný přehled teorie rozptylu světla.  Čtenář je stručně seznámen s dvěma nejčastěji používanými modely rozptylu (Rayleigh a Mie). Je zde rovněž zavedena veličina extinkce, která byla vybrána pro charakterizaci rozptylu světla na koloidním roztoku. Kapitola 3 diskutuje vliv tvaru a velikosti nanočástice na dielektrickou funkci této částice, a způsob jak se její změna promítá do optické odezvy.  V kapitole 4 jsou stručně popsány použité numerické metody: metoda vázaných dipólů a metoda FTDT a jejich možná omezení při výpočtech rozptylu na kovových nanočásticích. V úvodu 5. kapitoly diplomant popisuje realizovanou experimentální sestavu pro měření extinkčních spekter a srovnává naměřená a vypočtená spektra zlatých kulových koloidních nanočástic. Pro výpočty extinkčních spekter diplomant použil dostupné programy, DDSCAT, MiePlot a Lumerical. V další části kapitoly je probrána metoda chemické syntézy nekulových kovových útvarů. Pro další výpočty a měření byly vybrány zlaté nanotyčky s různými poměry stran a podobně jako u kulových objektů bylo provedeno srovnání teorie s experimentem. Závěr kapitoly je věnován srovnání vypočtených extinkčních spekter pro různé tvary nanočástic. Kapitola 6 shrnuje dosažené výsledky.

Grafická úprava diplomové práce je na vysoké úrovni nicméně diplomant se nevyhnul řadě překlepů. U některých vztahů, např. (2.1) diplomant nedefinuje všechny použité symboly, což poněkud stěžuje srozumitelnost pasáže.
Diplomant nastudoval celou řadu česky i anglicky psaných publikací týkající se dané problematiky, bohužel citace [36] v seznamu literatury chybí.

Až na výše zmíněné formální nedostatky je diplomová práce na vynikající úrovni. Jednotlivé
kapitoly na sebe logicky navazují a rozsah práce je plně dostačující pro pokrytí teoretické i
experimentální části.

Diplomant splnil zadání diplomové práce v plném rozsahu a celkově hodnotím práci
výborně/A a doporučuji k obhajobě.
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 C
Topics for thesis defence:
  1. 1. Pří výpočtech extinkčních spekter nekulových nanočástic uvádíte, že jste středoval spektra přes všechny natočení objektů vůči dopadajícímu poli. S jakým úhlovým krokem jste počítal?
  2. 1. Pozoroval jste změnu spekter pro jednotlivá natočení? (podélný a příčný mód)

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová