Computational modeling of quantum aspects in plasmonic nanostructures

Julkaisun otsikon käännös: Plasmonisten nanorakenteiden kvantti-ilmiöt

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Valon vuorovaikutus metallinanohiukkasten kanssa määräytyy metallin vapaiden elektronien ominaisuuksista. Nanohiukkaseen kohdistettu valo saattaa rakenteen elektronit voimakkaaseen kollektiiviseen värähtelyyn muodostaen niin kutsutun paikallisen pintaplasmonin. Hiukkasen koko, muoto ja koostumus sekä sitä ympäröivä muu aine vaikuttavat tämän plasmonivärähtelyn ominaistaajuuteen ja voimakkuuteen. Tällaisia plasmonien ominaisuuksia voidaan hyödyntää nanoteknologian sovelluksissa kuten auringonvalon energian kohdentamisessa, spektroskopisissa havaintolaitteissa ja lääketieteen menetelmissä. Nanoteknologian sovelluksiin kehitetään yhä pienempiä rakenteita. Plasmonin muodostavia vapaaelektronivärähtelyjä voidaan mallintaa klassisesti noin kymmenen nanometrin kokoisiin rakenteisiin asti, mutta sitä pienemmissä nanohiukkasissa elektronien kvanttimekaaninen luonne sekä hiukkasen tarkka atomirakenne alkavat vaikuttaa kokonaisuuden ominaisuuksiin. Tässä väitöskirjassa tutkitaan tällaisten pienten nanohiukkasten ja nanorakenteiden plasmonivärähtelyjen ominaisuuksia. Väitöskirjatyössä nanorakenteiden muotoa mallinnetaan yksittäisten atomien tarkkuudella ja elektronien kytkeytymistä ja liikettä kuvataan kvanttimekaanisella ajasta riippuvalla tiheysfunktionaaliteorialla. Työssä on kehitetty laskennallisia menetelmiä ja analyysityökaluja, joilla voidaan tutkia nanorakenteiden plasmonivastetta lähtien yksittäisistä atomeista ja molekyyleistä aina useiden nanometrien kokoisiin rakenteisiin asti sekä ymmärtää plasmonien kvanttimekaanista luonnetta. Kehitettyjä menetelmiä on sovellettu metallinanohiukkasten ja MoS2-nanohiutaleiden plasmonivasteiden tutkimiseen. Tulokset havainnollistavat plasmonivärähtelyn muodostumista ja koostumusta nanohiukkasissa sekä MoS2-nanohiutaleen reunaan sidottujen elektronivärähtelyjen vaikutusta rakenteen optisiin ominaisuuksiin. Väitöskirjassa esitetään myös tuloksia elektronien kvanttimekaanisen luonteen vaikutuksesta plasmonivasteeseen. Elektronitilojen kvantittuminen näkyy laskelmissa sekä yksittäisten erittäin pienten metallinanohiukkasten vasteessa että kvantittuneena elektronien liikkeenä toisiaan koskettavien nanohiukkasten välillä. Tiivistäen voi todeta, että väitöskirjatyössä on kehitetty menetelmiä nanoplasmoniikan mallintamiseen ja analysoimiseen, sovellettu näitä menetelmiä eri nanorakenteisiin ja tutkittu kvantti-ilmiöiden vaikutuksia plasmonien ominaisuuksiin.
Julkaisun otsikon käännösPlasmonisten nanorakenteiden kvantti-ilmiöt
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Puska, Martti, Vastuuprofessori
  • Nieminen, Risto, Ohjaaja
  • Sakko, Arto, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7587-7
Sähköinen ISBN978-952-60-7586-0
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • nanoplasmoniikka
  • paikallinen pintaplasmoni
  • nanohiukkaset
  • elektronirakennelaskut
  • ajasta riippuva tiheysfunktionaaliteoria

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Plasmonisten nanorakenteiden kvantti-ilmiöt'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä