Plasmonic band gap cavities

Yüzey plazmonları, metal ve dielektrik ortamlarının arayüzlerinde hareket eden, metallerde ki serbest elektronlara çiftlenmiş elektromanyetik bir dalgadır. Yüzeyde yerelleşmiş olmalarından ve dalga boyundan daha küçük ölçekte uygulanabilir olmasından dolayı, yüzey plazmonları çeşitli algılayıcı ve nano boyutlu optik uygulamalarda geniş bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Periyodik şekilde biçimlendirilmis dielektrik ve metal yüzeyler ışığın yayılamayacağı yasaklı bant aralıkları oluşturabilirler. Bu periyodik yapılarda periyodun bozulduğu kusurlu alanlar oluşturularak belirli dalga boylarındaki ışığın bu bölgelerde hapsedilmesi sağlanabilir. Dielektrik tabanlı bu tür yapıların bugüne kadar gösterilmiş olmasına rağmen benzer biçimdeki metal yüzeylerin kırılma sabitinin çok az değişim gostermesi, metal yüzeylerde plazmonlar için kusurlu kovuk elde edilmesini engeller. Bu tez, yüzey plazmonlarını hapsetmek için, çift periyodik yüzeylerin belirli bölgelerinin yüksek dielektrik malzeme ile kaplanması ve ayrıca Moiré yüzeyleri kullanılması ile değişik kovuk yapılarının tasarımını ve deneysel olarak gösterimini içermektedir. İlk metotda hareketli yüzey plazmonlarının optik özellikleri, çift periyoda sahip yüzeylerin yüksek dielektrik sabitli malzemelerle kaplanması sayesinde kontrol edilebilmiş ve bu kontrol plazmon kovuklarının gerçekleştirilmesini sağlamıştır. Bu yapıların oluşumu, deneysel olarak plazmonun yayılımının engellendiği dalga boyu aralığında, hareket edebilen yeni bir yüzey plazmon modunun ölçülmesiyle gösterilmiştir. Yüzey plazmonlarının yüzeye dik doğrultuda yerelleşmiş olmalarının yanısıra, bu yapılar sayesinde plazmonların hareket yönünde de belirli bölgelerde yerelleşirler. Bu çalışmalara ilaveten, bu çift periyotlu yapıların, çeşitli moleküllerin Raman ve fotoışıma sinyallerinin kuvvetlendirilmesi için de kullanıllabilecegi gösterilmiştir. Çalışmalarımızda Raman sinyalinde 105 mertebesinde ve fotoışımada ise 30 kat artış gözlenmiştir. Son olarak Moiré yüzeyleri, plazmonlar için yüksek kalite faktörüne sahip kovuk yapıların elde edilmesi için kullanılmıştır. Moiré yüzeylerinde plazmonların yerelleşip ve yavaşlayabilecekleri gösterilmiştir. Moiré yüzeylerinde faz kayması içeren bölgeler kovuk gibi davrandıkları ve birbirine komşu olan kovukarın aralarında etkileştiği gözlenmiştir. Moiré yüzeylerinin üzerinde ve plazmon bandının merkezinde hareket hızının v =0.44c düştüğü ve bandın kenarlarında ise plazmon hızının sıfıra yaklaştığı gözlemlenmiştir. Moiré yüzeylerinde yüzey geometrisinin sinüs fonksiyonu şeklindeki değişiminden dolayı, kovuk yapılarında oluşan saçılma kaybı azalmış ve kalite faktörü 103 civarında ölçülmüştür.