Three dimensional nanoplasmonic surfaces: Modeling, fabrication and characterization

Günümüzde çeşitli uygulama alanlarına özel işlevsel nanoplazmonik yapıların tasarımı optoelektronikten hayat bilimlere kadar farklı alanlardan ilgi çekmektedir. Nanoplazmonik yapıların çok sayıda üretim yolları olmakla birlikte ince bir metal film tabakasının nanoşekillendirilmesi en sık kullanılan yöntemlerden birisidir. Bu yaklaşım oldukça hassas bir şekilde yapılan plazmonik birim hücresinin üretimine ve bu hücrenin aynı hassasiyetle metal yüzeyde tekrarlanmasına dayanmaktadır. Bugüne kadar bu tür nanoplasmonik yapıların birçok örneği olmakla birlikte, bu yapılar genellikle düzlemsel bir yüzey üzerine tasarlanmış ve uygulanmıştır. Bu mimarilerde plasmonik yapı genellikle alttaş yüzeyinin %100?ünü kaplamaktan oldukça uzak olmakta ve elektrik alan keskin köşeler ile motifler arasındaki küçük gediklerde hapsedilebilmektedir. Bir zorunluluk olmasa da periyodik yapıların kullanımı deneysel gerçekleme için sıkça kullanılmaktadır ve bu yapıların yüzey kaplama oranları -genellikle yüzeyin yarısına yakın olup- tabiatları gereği tamkaplamadan çok daha azdır. Sonuç olarak, bir düzlemsel yüzey üzerinde üretilennanoplasmonik yapıların yüzey kaplama oranları doğal olarak sınırlandırılmıştır ve bu yapıların elektrik alan artırımı çoğunlukla düzlemsel ya da hafifçe yapı üzerinde mümkün olmuştur. İşbu tezde, sıralanan sınırlamaları aşmak adınaşiddetli alan artırımını yüzeye dik olarak sağlayabilen ve alttaş yüzeyini %100?e çok yakın bir oranla kaplayan üç boyutlu nanoplazmonik yapılar düzlemsel olmayan bir yüzey olarak tasarlanmış ve uygulanmıştır. Çalışmalarımız sayısal modelleme ve deneysel karakterizasyonu içermektedir. Tasarımımızın viçalışmasını kanıtlamak için üç boyutlu, düzlemsel olmayan ve 180 derece döndürme simetrisine sahip dama tahtası nanoyapıları ürettik. Belirtilen dama tahtası yapılarında birbirini tamamlayan iki kare örgü dizisi yüzeyleri belirli yükseklikle birbirinden ayrılmakta ve bu iki birbirini tamamlayan düzlem arasındaki ayrım oldukça güçlü bir alan artırımı sağlamaktadır. Üretilmiş yapılar kuşbakışı %100 oranla yüzeyi kaplamaktadır. Nanoplazmonik yapıların elektromanyetik çözümü üçboyutlu nanoplazmonik yüzeylerin yüzeye dik modlarının alan artırımının iki boyutlu bileşenlerinin düzlemsel alan artırımına göre 7,2 kat daha güçlü olduğunu göstermiştir. Elde edilen sayısal sonuçlaruzak-saha optik iletim ve yansıma ölçümleri içeren deneysel gözlemleri ile oldukça uyumlu çıkmıştır. Soğurma spektroskopisi ayrıca düzleme dik alan yoğunlaşmanın sonucu, iki boyutlu yapılarda gözlenmeyen, üç boyutlu yapılarahas spektral imzayı ortaya çıkarmıştır. Bu sonuçlar gösteriyor ki üç boyutlu plazmonik yüzeyler, plazmonik etkileşimi hacimsel olarak artırarak bu etkileşimden daha iyi istifade etme olanağı sağlamaktadır.Anahtar Kelimeler: Plazmonik, plazmonik nanoyapılar, zamanda sonlu farklar metodu (FDTD) benzetmesi, nanofabrikasyon.