Praca magisterska
Analiza odpowiedzi optycznej hiperbolicznych nanodysków |
|
Autor:Promotor:Instytucja promująca:Rok: |
Olga KochanowskaTomasz AntosiewiczWydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski2023 |
Hiperboliczne metamateriały (HMM) cechują się hiperboliczną zależnością dyspersyjną będącą szczególną formą anizotropii, której tensor przenikalności elektrycznej jest diagonalny i posiada jeden element o przeciwnym znaku niż pozostałe dwa. Dzięki temu HMM mogą kontrolować światło w stopniu niespotykanym w konwencjonalnych materiałach o sferycznej lub eliptycznej dyspersji i znajdują zastosowanie w fotowoltaice, bioczujnikach lub obrazowaniu podfalowym. Celem niniejszej pracy jest zbadanie odpowiedzi optycznej nanodysków złożonych z naprzemiennie ułożonych warstw metaliczno-dielektrycznych. Taki materiał jest hiperboliczny (HMM typu II) w zakresie światła widzialnego i podczerwieni. Właściwości optyczne nanodysków zostały poddane analizie przy użyciu metody różnic skończonych w dziedzinie czasu, umożliwiającej obliczenie pola rozproszonego przez pojedynczą cząstkę. W wyznaczonym widmie ekstynkcji dominują dwa mody: silnie radiacyjny rezonans elektrycznego dipola (ED) o dużym przekroju czynnym na rozpraszanie oraz nieradiacyjny mod o dominującym piku absorpcji wynikającym z pobudzenia magnetycznego dipola (MD) sprzężonego z elektrycznym kwadrupolem (EQ). Modyfikując parametry geometryczne struktury, takie jak wysokość i promień dysku, a także grubości poszczególnych warstw, można sterować położeniem spektralnym i amplitudą rezonansów. W szczególności możliwe jest rozsunięcie spektralne pików rozpraszania i absorpcji. Zarówno mod ED, jak i MD wykazują wysoką czułość na objętościową zmianę współczynnika załamania otoczenia. W poniższej pracy przedstawiono warunki rezonansowe dla hiperbolicznego nanodysku i sprawdzono, jak wpływa na nie zmiana współczynnika załamania otoczenia. Uzupełnieniem tych badań jest wyznaczenie przy pomocy metody macierzy tranzycji przekroju czynnego na ekstynkcję amorficznej macierzy hiperbolicznych nanodysków w celu zrozumienia, jak oddziaływanie między nanocząstkami w macierzy modyfikuje odpowiedź optyczną pojedynczego nanorezonatora. Aby potwierdzić eksperymentalnie symulacje numeryczne, wytworzono amorficzną macierz hiperbolicznych nanodysków przez osadzanie metodą PVD wielowarstwy Ge:Ag:SiO2 w otworach maski przygotowanej w procesie litografii koloidalnej. Dla tak przygotowanej próbki przeprowadzono pomiary czujnikowe, potwierdzając, że hiperboliczne nanodyski mogą tworzyć objętościowe czujniki refraktometryczne.