Ebl fabricated plasmonic nanostructures for sensing applications

Plazmonik, fotoniğin metalik nanoyapılardaki ışık-madde etkileşimlerini ele alan önemli bir dalıdır. Plazmonik aygıtlar, optik frekanslarda, kırınım sınırının ötesinde, elektromanyetik salınımların çok küçük hacimlere hapsine imkan verir. Bu tez çalışmasında amacımız, optik localize yüzey plasmon resonans (LYPR) biyosensörü tasarımı, yüzeyde zenginleştirilmiş Raman spektroskopisinde (YZRS) Raman sinyalinin iyileştirilmesi ve fotodedektörlerde soğurumun iyileştirilmesinde plazmonikten yararlanılabileceğini göstermektir.İlk olarak, çevresel ortamdaki kırılma indisi değişikliklerini optik geçirim ölçümleri ile tespit eden bir sensör yapısı tasarlandı. Elektron Işın Demeti litografisi ile safir alttaş üzerine yazılan periyodik gümüş nano-disk dizinleri bu amaçla kullanıldı. Yapıların optik karakterizasyonu için geçirim/yansıma ölçümleri yapıldı ve ölçümler zaman düzleminde sonlu farklar yönteminin kullanıldığı simulasyonlar ile desteklendi. Sensörün doğrulaması ilk olarak biotin-avidin sistemi ile yapıldı. Sensör cevabının uygulamanın ardından ilk otuz dakika içinde doyuma ulaştığı gerçek zamanlı ölçümler ile gösterildi. Sensörün derişime bağımlılığı 1 nM-100 nM aralığında gereksinimi karşılayan bir cevap gösterdi. Kırılma indisi duyarlılığı 354 nm/RIU olarak hesaplandı. Son olarak, yöntem ısı tatbiki ile öldürülmüş E.Coli bakterisi tespiti için denendi. Yöntemin bakteri tespitinde de kullanılabileceğine dair umut verici sonuçlar elde edildi. İkinci olarak, çift rezonans davranışı gösteren, Au-SiO2-Au katmanların kesik nano-koniler şeklinde uc uca sıralı dizilimi ile oluşan yapıların, YZRS sinyal şiddetini arttırdığı, ilk defa bu çalışmada gösterilmiştir. İyileştirme faktörü hesapları 3.86 x107 mertebesinde bir sinyal arttırımı olduğunu ortaya koymuştur. Çift rezonanslı tasarım, tek rezonanslı eşleniğinin 10 katı sinyal artışı sağlamıştır. Bu iyileştirmenin yakın infrared-YZRS and yüzeyde zenginleştirilmiş hiper Raman saçılımı (YZHRS) tekniklerinde daha da belirgin bir artış sağlayacağı düşünülmektedir. Bir diğer çalışmada, ?eşlenik?, dielektrik bir ara halka ile ayrılmış, çift katlı, eş merkezli, periyodik altın halkalardan oluşan SERS alttaşının düz altın filmden 630 kat, aşındırılmış eş merkezli halka yapılarından da 8 kat fazla Raman sinyali artışı sağladığı gösterilmiştir. Bu çalışma içinde 1.67x107 mertebesinde bir iyileştirme faktörü hesaplanmıştır. Son olarak, Metal-Yarıiletken-Metal (MYM) fotodedektörlerin soğurma ve fotoakım toplama performansları, UV dalgaboylarında rezonans gösteren Al nanoparçacıklar sayesinde 1.5 kata kadar iyileştirilmiştir. Bu çalışma ile UV bölgede plazmonik iyileştirme ilk olarak gösterilmiştir. Benzer bir çalışmada yine GaN üzerindeki bir diger MYM dalgaboyu-altı fotodedektörününün performansında, dedektöre eklenen kırınım ağı tasarımı sayesinde resonans dalgaboyunda 8 katlık bir fotoakım artışı sağlanmıştır.