Coupled plasmonic structures for sensing, energy and spectroscopy applications

Nanofabrikasyon ve karakterizasyon metotlarındaki yeni gelişmeler yenilikçi optik çalışmaları hızlandırmış, bu da nanofotonik ve plazmonik çalışmalarında ciddi bir artışa sebep olmuştur. Metal nano-yapılar ışığı dalga boyundan çok küçük boyutlara hapsederek yüzey plazmonlarının uyarılması sağlayarak elektromanyetik alan şiddetini arttırmaktadır. Diğer yandan, farklı plazmon modlarının eşlenmesi tek plazmonik rezonatör yapısıyla elde edilemeyecek çok zengin bir optik bant yapısı sunmaktadır. Bu tezde, ilk olarak metal-dielektrik-metal rezonatör yapısı baz alınarak eşlenik plazmon yapıları detaylı olarak çalışılmıştır. Sonra, benzer yapılar kullanılarak yenilikçi optik platformlar üretilerek yüzey artırımlı Raman spektroskopisi (SERS), yüzey artırımlı kızılötesi emilim spektroskopisi (SEIRA) ve plazmon artırımlı sıcak elektron aygıt uygulamaları gösterilmiştir. Tezin ilk kısmı plazmonik yapılar ve bu yapıların spektroskopi ve fotodetektör uygulamalarına yoğunlaşmıştır. İlk olarak, bu yapıları analitik ve numerik olarak çalışarak geniş alanlarda sabit artırımlı SERS uygulaması gösterilmiştir. Sonra, benzer yapıların 10nm'den küçük aralıklı olarak üretilmesiyle tek molekül Raman spektroskopisi uygulaması gösterilmiştir. Enerji uygulaması olarak da benzer eşlenik plazmonik yapıları kullanılarak sıcak elektronların ölçüldüğü XPS tabanlı bir yöntem geliştirilmiştir. Son olarak da aluminyum ve doğal aluminyum oksit tabakası kullanılarak hiyerarşik plazmonik yapıları üretilerek spektroskopi uygulamaları gösterilmiştir. Tezin ikinci kısmında görünür ve kızılötesi dalga boylarında girişim kaplamasına dayanan sensör platformları geliştirilmiştir. Plazmonik yapılar elektromanyetik alan şiddetini çok fazla arttırmalarına rağmen, moleküllerin sinyal şiddetleri mod hacminin küçüklüğünden dolayı azdır. Bu problemi aşmak için yeni girişim kaplamalara dayalı yeni bir strateji önerilmektedir. Bu yüzeyler kızılötesinde kullanıldıklarında plazmonik yüzeylerden daha iyi performans göstermektedirler. Son olarak da benzer yüzeyler görünür bölgede tek ve çift tabakalı proteinleri renk değişimine bağlı olarak tespit etmek için önerilmektedir.