انتخاب صفحه

فهرست مطالب

فصل اول:

پلاسمونیک بخش عمده¬ای از رشته جذاب نانو¬فوتونیک است که به بررسی رفتار امواج در سطح جدایی محیط¬ها¬یی با تفاوت ضریب شکست بزرگ می¬پردازد. این بر پایه فرآیند¬های بر¬همکنشی که بین تابش الکترو¬مغناطیسی و الکترون¬های رسانش در سطوح فلزی یا در نانو ساختار¬های کوچک فلزی که سبب افزایش میدان نزدیک نوری در ابعاد محدود طول موج می¬شود،استوار شده است.
تحقیق در این ناحیه چگونگی اتفاق افتادن رفتار غیر منتظره را در صورتی که یک نا¬پیوستگی یا یک ساختار کوچکتر از طول موج در محیط وجود داشته باشد را نشان می¬دهد. زیبا¬یی دیگر این رشته و زمینه، توضیح و بیان آن با فیزیک کلاسیک می¬باشد به طوری که یک دانش کلی در زمینه الکترو¬مغناطیس برای فهم جنبه¬های اصلی پلاسمونیک کافی می¬باشد.
پلاسما محیطی شامل دو نوع بار مثبت و منفی است که در آن تراکم بارهای مثبت و منفی برابر است و حداقل یک نوع از بارها متحرک هستند. مثلاً یک محیط فلزی را می¬توان یک محیط پلاسما در نظرگرفت. در یک فلز الکترون¬های رسانش که همان الکترون¬های والانس اتم¬ها هستند آزادانه در میان مغزی یونی مثبت در حرکتند و همچنین تراکم بارهای مثبت (مغزی یونی) و بارهای منفی (الکترون¬های رسانش) در فلز برابر است، زیرا از لحاظ ماکروسکوپی، یک فلز خنثی است. بنابراین می¬توان یک محیط فلزی را، یک محیط پلاسما در نظر گرفت.
یکجابه¬جایی جمعی الکترون¬های رسانش، نسبت به هسته¬های یونی مثبت و ساکن، باعث جذب این الکترون¬های جابه¬جا شده توسط مغزی یونی مثبت باقی مانده در شبکۀ فلز می¬شود و در نتیجه، یک نیروی بازگرداننده به این الکترون¬ها وارد می¬شود. این نیروی بازگردانندۀ وارد شده به الکترون¬های جابه¬جا شده، باعث نوسان جمعی این الکترون¬ها حول مکانی می¬شود که این الکترون¬ها را، از آن مکان جابه¬جا کرده¬ایم. این نوسان جمعی الکترون¬های رسانش محیط¬های فلزی را، نوسان پلاسما می¬نامند. کوانتم انرژی نوسان پلاسما، پلاسمون نامیده می¬شود. ما چنین پلاسمون¬هایی را که در حجم فلز تشکیل می¬شوند، پلاسمون¬های حجمی می¬نامیم تا بتوانیم آن¬ها را از پلاسمون¬های سطحی منتشر شونده و پلاسمون¬های سطحی جایگزیده تمیز دهیم. امواج مربوط به پلاسمون¬های حجمی، امواجی طولی هستند و به علت ماهیت طولی¬شان، پلاسمون¬های حجمی نمی¬توانند با امواج الکترومغناطیسی عرضی جفت شوند. به همین دلیل نمی¬توان پلاسمون¬های حجمی را با استفاده از امواج الکترومغناطیسی برانگیخته کرد. پلاسمون¬های حجمی را معمولاً با برخورد ذرات به فلز برانگیخته می¬کنند. نوسان پلاسما در یک فلز در فرکانس معینی به نام فرکانس پلاسمای فلز رخ می¬دهد. فرکانس پلاسمای اکثر فلزات، در محدودۀ فرابنفش است [1].
1-1-1- انواع پلاسمون¬ها:

بعد از این آشنایی مختصر با محیط¬های پلاسما و پلاسمون¬ها، به معرفی برانگیختگی¬های پلاسمونیکی می¬پردازیم. برانگیختگی¬های پلاسمونیکی را می¬توان به دو نوع متفاوت تقسیم کرد که عبارتند از: (1)- پلاریتون-پلاسمون¬های سطحی یا SPPها و (2)- پلاسمون¬های سطحی جایگزیده که به پلاسمون¬های ذره-ای نیز معروفند .(LSP)
1) پلاریتون پلاسمون¬های سطحی یا SPPها، امواج سطحی منتشر شونده در فصل مشترک یک فلز و یک دی¬الکتریک هستند که از جفت شدگی امواج الکترومغناطیسی با نوسان¬های پلاسمای الکترون¬های سطح فلز ایجاد می¬شوند. تابش الکترومغناطیسی فرودی به سطح فلز باعث نوسان جمعی الکترون¬های سطحی فلز می¬شود و این الکترون¬های نوسان کننده در سطح فلز شروع به تابش امواج الکترومغناطیسی می¬کنند. وقتی تابش حاصل از آن¬ها به الکترون¬های مجاور در سطح فلز می¬رسد، باعث نوسان جمعی الکترون¬های مجاورشان می¬شود و بدین صورت یک موج حاصل از نوسان جمعی الکترون¬های رسانش، در فصل مشترک فلز و دی¬الکتریک منتشر می¬شود. این نوسان¬ها به ناحیۀ بسیار نازکی، نزدیک به فصل مشترک فلز محدود می-شوند و عمق نفوذ آن¬ها در فلز بسیار کم است. در واقع SPPها، از جفت شدگی امواج الکترومغناطیسی (فوتون¬ها) با پلاسمون¬ها ایجاد می¬شوند و به همین دلیل کوانتوم انرژی چنین امواجی پلاریتون نامیده می¬شود. مفهوم دیگری که در مبحث پلاریتون پلاسمون¬های سطحی، زیاد با آن مواجه می¬شویم، مفهوم مدهای الکتریکی عرضی یا TE و مدهای مغناطیسی عرضی یا TM است. صفحۀ z=0 را بر فصل مشترک فلز و دی¬الکتریک منطبق در نظر می¬گیریم و محور x را در جهت انتشار امواج پلاسمونی منتشر شونده روی سطح فلز انتخاب می¬کنیم، در این صورت در مد TM فقط مولفه¬های H_y,E_x,E_z میدان¬ها غیر صفرند و در مد TE فقط مولفه¬های E_y,H_x,H_z میدان¬ها مخالف صفرند. می¬توانیم نشان بدهیم که SPP¬ها، فقط برای مدهای TM وجود دارند [2].
2) دومین نوع مهم برانگیختگی¬های پلاسمونیکی، پلاسمون¬های سطحی جایگزیده هستند. که در بعضی از نوشته¬ها، پلاسمون¬های ذره¬ای نیز نامیده می¬شوند. پلاسمون¬های سطحی جایگزیده، نوسان¬های جمعی الکترون¬های رسانش ذرات بسیار ریز فلزی هستند که در اثر جفت¬شدگی با میدان الکترومغناطیسی فرودی به ذره ایجاد می¬شوند. برخلاف SPPها¬، که در سطح فلز منتشر می¬شوند، نوسان¬های پلاسمون¬های سطحی جایگزیده یا LSPها، برانگیختگی¬هایی منتشر شونده نیستند. چگونگی تشکیل پلاسمون¬های سطحی جایگزیده، را بدین صورت توضیح می¬دهیم:
از آنجا که ابعاد نانوذرات فلزی از مرتبۀ عمق نفوذ امواج الکترومغناطیسی در فلز است، نور فرودی به ذره می¬تواند درون ذره نفوذ کند. میدان موج نفوذ کرده به درون ذره باعث جابه¬جایی جمعی الکترون¬های رسانش فلز تشکیل دهندۀ ذره نسبت به مغزی یونی مثبت شبکۀ فلزی می¬شود، این جابه¬جایی بارهای مثبت و منفی، یک نیروی بازگرداننده به الکترون¬های جابه¬جا شده اعمال می¬کند و این نیروی بازگرداننده باعث نوسان جمعی این الکترون¬ها حول مکان اولیۀ آن¬ها می¬شود. چنین نوسان¬های جمعی الکترون¬های رسانش نانوذرات فلزی، پلاسمون¬های سطحی جایگزیده LSP))، نامیده می¬شود. یک نتیجۀ جالب دیگر وجود نیروی بازگرداننده، روی الکترون¬های جا¬به¬جا شده، این است که الکترون¬های رسانش یک نانوذره فلزی، مانند یک سیستم نوسانی عمل می¬کنند و می¬توانند توسط میدان فرودی به تشدید درآیند. این تشدید حرکت جمعی الکترون¬های رسانش یک نانوذرۀ فلزی، توسط امواج الکترومغناطیسی فرودی، تشدید پلاسمونی ذره نامیده می¬شود. بنابراین به ازای فرکانس¬های خاص نور فرودی، می¬تواند تشدید رخ دهد و حتی یک میدان محرک کوچک، باعث نوسان شدید الکترون¬های رسانش ذره شود. این نوسان تشدید شدۀ الکترون¬های ذره، باعث تقویت میدان اطراف ذره و درون ذره می¬شود. فرکانس تشدید پلاسمونی ذره، به اندازۀ ذره، شکل ذره، مادۀ تشکیل دهندۀ ذره و محیط اطراف ذره بستگی دارد. برای نانوذرات فلزات نجیب مانند طلا و نقره تشدید پلاسمونی می¬تواند درناحیۀ طیف مرئی رخ دهد و رنگ¬های درخشان ذرات بسیار ریز طلا و نقره نیز به دلیل تشدید پلاسمونی ذرات آن¬ها در طیف مرئی است [3].

1-1- معرفی کلی…………………………………………………………….: 2
1-1-1- انواع پلاسمونها:……………………………………………………. 4
1-2- تاریخچه………………………………………………………………..: 6
1-3- کاربردهای پلاسمونیک ………………………………………………….9

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم

بر هم کنش بین فلزات با میدان¬های الکترومغناطیسی به خوبی در چارچوب معادلات ماکسول قابل توصیف می¬باشد. حتی برای نانوساختار¬های در ابعادی حدود چند نانومتر نیز می¬توان از این معادلات استفاده کرد. دلیل این امر چگالی بالای حامل¬ها می¬باشد که سبب فاصله کم بین سطوح انرژی الکترونی در مقایسه با انرژی برانگیختگی گرمایی یعنی kT در دمای اتاق می¬شود.
به عنوان یک تجربه روزانه می¬دانیم که فلزات تا فرکانس¬های طیف مرئی بسیار منعکس کننده هستند و موج الکترومغناطیسی نمی¬تواند در داخل آن¬ها انتشار یابد. در محدوده فرکانس¬های پایین، تقریب رسانای خوب یا کامل و یا رسانشی با مقدار ثابت و بزرگ برای بسیاری از اهداف مناسب می¬باشند. در فرکانس¬های بالاتر از فروسرخ نزدیک و مرئی نفوذ میدان به طور قابل توجهی افزایش می¬یابد و سبب افزایش اتلاف می¬شود. سرانجام، در فرکانس¬های فرابنفش، فلزات خصوصیت دی¬الکتریکی پیدا می¬کنند و اجازه انتشار امواج الکترومغناطیسی را البته با میرایی متفاوت وابسته به ساختار الکترونیکی هر فلز نشان می¬دهند. فلزات قلیایی مثل سدیم یک شفافیت فرابنفش از خود نشان می¬دهند. در فلزات نوبل انتقال بین نوار¬های الکترونیکی سبب جذب قوی در این محدوده می¬شود. این خواص متفاوت برای هر فلز، توسط تابع دی¬الکتریک مختلط قابل توجیه می¬باشد [34]. دلیل فیزیکی وابستگی فرکانسیتابع دی¬الکتریک تغییر فاز جریان¬های القایی نسبت به میدان برخوردی در فرکانس¬های نزدیک به معکوس خصوصیت زمان واهلش الکترون فلز، τ است که در ادامه توضیح داده می¬شود. برای بیان خواص نوری فلزات، یادآوری معادلات اکروسکوپیک ماکسول لازم و ضروری است. این معادلات به صورت زیر بیان می شوند:
الکتریکی می¬باشد.
در محدوده فرکانسی وسیعی خواص نوری فلزات به وسیله مدل پلاسما می¬تواند توضیح داده شود که در آن الکترون¬های آزاد با چگالی عددی nدر زمینه¬ای از یون¬های مثبت حرکت می¬کنند. می¬توان دو فرض اساسی را در این مدل معرفی کرد، الکترون¬های رسانش به راحتی در داخل یک ماده حرکت می¬کنند و در صورتی که انرژی فوتون¬ها از انرژی گاف بین نواری بیشتر شود برانگیزش و برانگیختگی بین نواری صورت می¬گیرد. برای فلز¬های قلیایی محدوده مجاز فرکانسی تا فرابنفش گسترش می¬یابد در حالی که برای فلزات نوبل انتقال بین نواری در فرکانس¬های مرئی اتفاق می¬افتد و کاربرد این مدل را محدود می¬سازد. در مدل پلاسما جزئیات برهم¬کنش الکترون-الکترون و پتانسیل شبکه در نظر گرفته نمی¬شود و به جای آن بسیاری از جنبه¬های ساختار نواری در قالب جرم موثر برای هر الکترون فرض می¬شود. در تصویر مورد نظر ما، حضور یک میدان الکتریکی سبب تغییر موقعیت(r) یک الکترون می¬شود که متناظر با آن یک ممان دو قطبی μ=erرا به وجود می¬آورد. اثر جمعی همه ممان دوقطبی¬های یکتا از همه الکترون¬های آزاد یک قطبش ماکروسکوپیک در واحد حجم یعنی P=nμمی¬باشد. همان طور که می¬دانیم

2-1- خواصنوریفلزات………………………………………………………….. 13
2-1-1 معادلاتماکسولوانتشارامواجالکترومغناطیسی……………………..: 13
2-1-2- مدلدرود-سامرفلد…………………………………………………….: 16
2-1-3- انتقالبیننواری:………………………………………………………… 17
2-2- پلاسمونهایانتشاری…………………………………………………..: 20
2-2-1-موجمحوشونده……………………………………………………….: 20
2-2-2- پلاریتون-پلاسمونسطحی ……………………………………………22
2-3- برانگیختگیپلاریتون-پلاسمونهایسطحی……………………………..: 26
2-3-1- جفتشدگیبااستفادهازمنشور……………………………………..: 26
2-3-2- جفتشدگیبهوسیلهتوری…………………………………………… 28
2-3-3- برانگیختگیمیداننزدیک:…………………………………………….. 29
2-4- نانوپلاسمونیک…………………………………………………………. 30
2-5- حسگرزیستی:………………………………………………………….. 32
2-5-1- ساختحسگرزیستیبااستفادهازپلاسمونسطحیجایگزیده………… 37
2-5-2- حسگرآنسامبلی…………………………………………………….. 38
2-5-3- حسگرتکنانوبلور……………………………………………………… 38

فصل سوم:

به منظور بررسی بر¬هم¬کنش پلاسمون-مولکول، ابتدا یک دسته بندی از مولکول¬ها برای انجام این بررسی لازم می¬باشد. در این پایان¬نامه مولکول¬ها به 3 دسته تقسیم و بر¬هم¬کنش پلاسمون با اولین دسته از مولکول¬ها که در زیر معرفی می¬شود به طور تحلیلی بررسی و نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می¬شود.
I. مولکول بدون جذب:
این دسته از مولکول¬ها در محدوده فرکانس تشدید پلاسمونی هیچ جذبی را از خود نشان نمی-دهند و انرژی جذبی الکترونی آن با فرکانس تشدید پلاسمونی فاصله دارد. ضریب شکست این دسته از مولکول¬ها تا حد زیادی هیچ¬گونه وابستگی فرکانسی ندارد و مقدار ثابتی می¬باشد.
II. مولکول با جذب قوی:
این دسته از مولکول¬ها دارای جذب بسیار قوی در محدوده فرکانس تشدید پلاسمونی می¬باشند. ضریب شکست این دسته از مولکول¬ها دارای دو قسمت حقیقی و موهومی می¬باشد و قسمت حقیقی آن یک تغییر ناگهانی در اطراف قله جذب مولکولی از خود نشان می¬دهد.
III. مولکول با جذب قوی و نشر فلورسانس :
این دسته از مولکول¬ها علاوه بر جذب قوی در محدوده فرکانس تشدید پلاسمونی، از خود نشر فلورسانس نیز از نشان می¬دهند.

تشدید پلاسمونی وابسته به ضریب شکست در حالتی اتفاق می¬افتد که مولکول در اطراف فرکانس تشدید پلاسمونی هیچ گونه جذبی را از خود نشان ندهد. جذب سطحی شدن این مولکول¬ها به سادگی ضریب شکست یا ثابت دی¬الکتریک نانو¬محیط اطراف نانوبلور فلزی را تغییر می¬دهد. بنابراین، تحت تابش الکترومغناطیسی خارجی بار¬های قطبیده القایی بیشتری اطراف نانوبلور جمع می¬شود و سبب افزایش پوشش¬دهی نیروی کولمبی اعمال شده بر الکترون-های آزاد می¬شود که نتیجه آن کاهش نیروی بازگرداننده و یک جابجایی قرمز برای فرکانس تشدید پلاسمونی می¬باشد. این نوع برهم¬کنش پلاسمون-مولکول پایه و اساس ساخت حسگر¬های ضریب شکست می¬باشد. پارامتر اساسی و کلیدی در این نوع حسگر¬ها حساسیت ضریب شکست می¬باشد که به صورت جابجایی پلاسمونی همچنان که ضریب شکست محیط اطراف به اندازه یک افزایش می¬یابد. همان¬طور که بیان شد، بارهای قطبیده بیشتر سبب افزایش پوشش¬دهی نیروی کولمبی و افزایش جابجایی قرمز می¬شود. مقدار این بار قطبیده نیز به توزیع میدان الکترومغناطیسی اطراف نانوبلور و میزان آسانی قطبش¬پذیری نانوبلور وابسته است. این دو پارامتر نیز به شکل، اندازه و جنس نانوبلور بستگی دارند. بنابراین می¬توان نتیجه گرفت که حساسیت ضریب شکست به شدت به شکل نانوبلور، ابعاد و اندازه آن و همچنین جنس آن وابسته می¬باشد.
3-3- جفت¬شدگی تشدید :

جفت¬شدگی تشدید در حالتی اتفاق می¬افتد که مولکول¬ها جذب بسیار قوی را در اطراف تشدید پلاسمونی جایگزیده از خود نشان می¬دهد (دسته دوم مولکول¬ها). همان¬طور که اشاره شد، قسمت حقیقی ضریب شکست این نوع مولکول یک تغییر ناگهانی در اطراف قله جذب الکترونیکی مولکول از خود نشان می¬دهد. این رفتار ضریب شکست پس از جذب سطحی مولکول روی سطح نانوبلور فلزی باعث جابجایی بیشتر قله پلاسمونی می¬شود. از دید دیگری نیز می¬توان این جفت شدگی تشدید را تفسیر کرد. همان¬طور که بیان شد، میدان الکتریکی نزدیک سطح نانوبلور، زمانی که تشدید پلاسمونی اتفاق می¬افتد، تا چند برابر افزایش می¬یابد. زمانی که انرژی جذبی مولکولی و انرژی تشدید پلاسمونی تقریبا تبهگن باشند، انتقال انرژی به مولکول، به طور همدوسی با تشدید پلاسمونی از طریق میدان نزدیک جفت می¬شوند. این جفت¬شدگی بسیار قوی می¬باشد و هر دو خصوصیت جذب مولکولی و پلاسمونی را به شکل قابل ملاحظه¬ای تغییر می-دهد و حالت¬های هیبرید را تولید می¬کند.
برای بررسی بیشتر بر¬هم¬کنش پلاسمون-مولکول نوع دوم، به نتایج به دست آمده از کار نی و همکاران [57] مراجعه می¬کنیم. برای بررسی این بر¬هم¬کنش، مولکول¬های رنگی HITC به طور یکنواختی سطح نانومیله را پوشاندند. این مولکول رنگی یک باند جذبی قوی در طول موج 734 نانومتر دارد. تعدادی از نانومیله ¬ها با طول¬موج¬های تشدید پلاسمونی در محدوده 570 تا 870 نانومتر ساخته شدند. شکل (3-2) طیف خاموشی به دست آمده از 6 نانومیله مورد بررسی را نشان می¬دهد. همان¬طور که به شکل واضحی می¬توان مشاهده کرد، موقعیت و شدت قله خاموشی همچنان که فرکانس تشدید پلاسمونی به قله طیف جذبی نزدیک می¬شود، دچار تغییرات بیشتری می¬شود.

3-1- انواعمولکول……………………………………………………………..: 42
3-2- تشدیدپلاسمونیوابستهبهضریبشکست………………………………: 44
3-3- جفتشدگیتشدید:……………………………………………………….. 45
3-3- افزایشسطحیپراکندگیرامان(SERS)ا………………………………….: 48
3-3-1- پراکندگیرامان:………………………………………………………….. 48
3-3-2- افزایشسطحی……………………………………………………..: 50
3-4- افزایشپلاسمونیفلورسانس:………………………………………….. 51

فصل چهارم:

به دلیل کاربرد بسیار نانوبلور¬های فلزی خصوصا طلا و نقره، امروزه این نانوبلور¬ها با ابعاد و اشکال مختلف ساخته می¬شوند. اشکال مختلف کره، میله، نانو پوسته ، ستاره، مکعب و هرم با روش¬های متفاوت و در اندازه¬های مختلف ساخته شده¬اند که برای آشنایی با روش¬های ساخت این نانوبلور¬ها مرجع [72] پیشنهاد می-شود.
مدل ارائه شده در این فصل، شامل بررسی اشکال ساده نانوبلور¬ها که برای آن¬ها می¬توان یک حل تحلیلی برای سطح مقطع خاموشی پیدا کرد، می¬شود. این اشکال شامل کره، مکعب و میله می¬شود. همچنین همان¬طور که در قسمت (2-5-1) بیان شد، برای استفاده از نانوبلور¬ها برای ساخت حسگر، لایه¬ای از مولکول یا ماده پلیمری روی نانوبلور نشانده می¬شود. بنابراین، این مدل باید ارائه دهنده سطح مقطع خاموشی برای این نوع نانوبلور¬ها با لایه¬ای روی آن نیز باشد.
همان¬طور که قبلا بیان شد، ملاک اصلی بررسی برهم¬کنش پلاسمون-مولکول، بررسی طیف خاموشی نانوبلور در محیط¬های متفاوت می¬باشد.
برای کره، این بررسی از طریق دو روش انجام شده است. تقریب دوقطبی (تقریب ریلی ) و تئوری می . جزئیات هر کدام از این روش¬ها در ادامه توضیح داده شده است. برای نانومیله، پارامتر مهم و اساسی نسبت طول به عرض (A.R) آن می¬باشد که برای نمونه¬های ساخته شده مقداری بین 2 تا 11 دارد. در مورد نانومیله نیز دو روش مورد استفاده قرار گرفته است؛ تقریب دو¬قطبی و محاسبه سطح مقطع خاموشی با استفاده از اصل هویگنس. در مورد مکعب نیز به دلیل پیچیدگی خاص این شکل تئوری فوچز بیان شده است و نتایج مورد بررسی قرار می¬گیرد.
در مورد نانوبلور با لایه¬ای بر روی آن، از تابع دی¬الکتریک میانگین برای روش¬های تقریب دو قطبی برای کره و استوانه و تئوری فوچز برای مکعب استفاده شده است. در قسمت 4-3-4 جزئیات این اصل توضیح داده خواهد شد. برای تئوری می مسئله مستقیما با در نظر گرفتن لایه¬ای بر روی کره حل شده است.
4-1- تصحیح مدل درود برای ابعاد نانو

همان¬طور که بیان شد، توصیف کلاسیکی برهم¬کنش یک موج الکترومغناطیسی با اتم¬های یک ذره با استفاده از تابع دی¬الکتریک (گذردهی نوری)، که به وسیله معادلات ماکسول و شرایط مرزی وارد مسئله می-شود بنانهاده شده است. بستگی فرکانسی تابع دی¬الکتریک اغلب برای نمونه¬های حجیم و توده از ماده انجام شده است. همچنان که اندازه ذره کاهش می¬یابد و به ابعادی قابل مقایسه به مسیر آزاد میانگین الکترون، l_c نزدیک می¬شود، تفاوت قابل ملاحظه¬ای بین تابع دی¬الکتریک ذره در مقایسه با تابع دی¬الکتریک ماده توده مشاهده می¬شود. می¬توان این اثر کوچک شدن ابعاد را در قالب یک تابع دی¬الکتریک وابسته به اندازه ذره و در قالب یک توصیف کلاسیکی بر اساس مدل درود انجام داد.
مدل درود ارائه شده در قسمت 2-1-2 با نتایج آزمایشگاهی برای تشدید پلاسمونی فلزات قلیایی (ذرات سدیم در بلور نمک) کاملا مطابقت داشت اما پهنای طیف به دست آمده به میزان قابل ملاحظه¬ای تفاوت داشت [73]. محققین [73] به این نتیجه رسیدند که علت این امر محدودیت مسیر آزاد میانگین الکترون با توجه به برخورد الکترون¬ها با اطراف ذره می¬باشد. به عبارت دیگر، برای تابع دی¬الکتریک ذرات کوچک از یک ماده، باید تاثیر ابعاد از طریق مسیر آزاد الکترون¬ها لحاظ گردد. در کنار این، بررسی قسمت حقیقی و موهومی تابع دی¬الکتریک ذرات کلوئیدی طلا با اندازه¬های مختلف نشان داد که تابع دی¬الکتریک با کوچک¬تر شدن ذرات اختلاف بیشتری را با تابع دی¬الکتریک ماکروسکوپیک پیدا می¬کند و این مورد را با مسیر آزاد میانگین الکترون توضیح دادند [74].

4-1- تصحیحمدلدرودبرایابعادنانو………………………………………………. 56
4-2- پراکندگی،جذبوخاموشی…………………………………………………. 58
4-2-1- تقریبدوقطبی:…………………………………………………………… 60
4-2-2- تئوریسطحمقطعنوریبرایپراکندگیامواجالکترومغناطیسی:…………… 62
4-3- تقریبدوقطبیبرایسهشکلنانوبلور…………………………………………… 65
4-3-1- پذیرفتاریالکتریکییکذره…………………………………………………… 65
4-3-2- خواصکلی……………………………………………………………….. 68
4-3-3- تانسورقطبشپذیری…………………………………………………….. 71
4-3-4- محاسبهسطحمقطعخاموشیدرتقریبدوقطبی………………………..: 73
4-3-5- ثابتدیالکتریکمتوسط……………………………………………………. 73
4-3-6- تقریبدوقطبیبرایکره:…………………………………………………….. 75
4-3-7- تقریبدوقطبیبراینانومیله…………………………………………………: 76
4-3-8- تقریبدوقطبیبرایمکعب:………………………………………………….. 77
4-4- تئوریمی……………………………………………………………………: 78
4-4-1-بسطموجتختدرهارمونیکهایکرویبرداری:………………………………. 84
4-4-2- میدانهایداخلیوپراکندهشده:…………………………………………… 88
4-4-3- توابعوابستهزاویهای…………………………………………………….: 90
4-4-4- ضرایبپراکندگی:…………………………………………………………. 91
4-4-5- محاسبهسطحمقطع:……………………………………………………. 93
4-4-6- تئوریمیبرایکرهپوشیدهشده…………………………………………….: 94
4-5- اصلهویگنس:……………………………………………………………….. 96
4-6- محاسبهسطحمقطعخاموشیبرایاستوانهمحدود……………………….. 102
4-6-1- امواجاستوانهای:……………………………………………………….. 102
4-6-2- بسطموجتختدرهارمونیکهایاستوانهایبرداری:………………………… 105
4-6-3- پراکندگیازاستوانهمحدودبااستفادهازتقریباستوانهنامحدود………….. 107
4-6-5- محاسبهسطحمقطعخاموشی………………………………………..: 111

فصل پنجم:

در این قسمت نیز به بررسی تاثیر ابعاد نانوبلور بر طول موج تشدید پلاسمونی برای سه نانو کریستال معرفی شده می¬پردازیم. بدین منظور، طیف خاموشی را برای آن¬ها در ابعاد مختلف مورد بررسی قرار می¬دهیم. برای انجام این کار باید به این نکته توجه داشت که در تقریب دو¬قطبی ابعاد نانوبلور باید از طول موج نور برخوردی بسیار کمتر باشد و این نکته بررسی تاثیر ابعاد را تا حد زیادی محدود می¬کند. با این حال تئوری می و نتیجه به دست آمده برای استوانه محدود به دلیل نداشتن چنین فرضی از این مورد مستثنی هستند و می¬توان تاثیر ابعاد را به خوبی مورد بررسی قرار داد.
5-2-1- نانوکره

برای نانوکره در تقریب دوقطبی ذره¬هایی با قطر 15، 20 و 25 نانومتر را مورد بررسی قرار می-دهیم. شکل (5-5) نمودار طیف خاموشی این سه ذره را نشان می¬دهد. همان¬طور که دیده می-شود افزایش ابعاد نانوبلور باعث افزایش شدت طیف خاموشی و کاهش پهنای طیف به دلیل افزایش مسیر میانگین موثر الکترون¬ها می¬شود. همچنین تقریب دوقطبی تاثیر مورد انتظار بر طول موج تشدید پلاسمونی را با تغییر ابعاد نشان نمی¬دهد و از این لحاظ محدودیت استفاده از این تقریب افزایش می¬یابد.

5-1: تاثیرساختارنانوبلوربرطولموجتشدیدپلاسمونی…………………………….. 114
5-1-1- نانوکره:…………………………………………………………………………. 115
5-1-2: نانومکعب………………………………………………………………………. 117
5-1-3- نانومیله………………………………………………………………………. 118
5-2- تاثیرابعادنانوکریستالبرطولموجتشدیدپلاسمونی……………………………. 120
5-2-1- نانوکره………………………………………………………………………… 120
5-2-2- نانومکعب:…………………………………………………………………….. 123
5-2-3- نانومیله……………………………………………………………………….. 124
5-3- تاثیرضریب شکستبرطولموجتشدیدپلاسمونی: حساسیتضریبشکست……. 126
5-3-1- نانوکره…………………………………………………………………………. 127
5-3-2- نانومکعب………………………………………………………………………. 129
5-3-3- نانومیله……………………………………………………………………….. 130
5-4- تاثیرلایهپوشانندهبرطولموجتشدیدپلاسمونی…………………………………. 133
5-4-1- تاثیرضخامت لایه پوشاننده برطول موجتشدیدپلاسمونی…………………….. 133
5-4-2- تاثیرضریب شکست لایه پوشاننده برطیف خاموشی…………………………….. 137
5-5- نتایج وپیشنهادات………………………………………………………………….. 139
5-5-1- نتایج ………………………………………………………………………………139
5-5-2- پیشنهادات……………………………………………………………………… 141
فهرست منابع…………………………………………………………………………….. 142

ABSTRACT

Nobel metal nanocrystals exhibit rich localized surface plasmon resonance (LSPR). Surface plasmons are collective electron oscillations in metals. The purpose of this thesis is studying the interaction between LSPR that have been excited from sphere, cube and rod shape nanocrystals and molecules without absorption and comparing with experimental results. This work can be used making nanoscale refractive index sensors. The excitation of LSPR shows itself via a peak in the extinction spectrum of nanocrystal in plasmon wavelength resonance. Therefore, to this end we need to study effective aspects to the plasmon wavelength resonance via extinction spectrum. This work, have been done for three shapes of nanocrystals.
In addition, to study the effects of polymer or protein layer on the plasmon wavelength resonance, we have studied coated nanocrystals.
The results suggest that the plasmon wavelength resonance is dependent on shape, size, structure of nanocrystal andrefractive index of embedded medium. Also, for coated nanocrystal this feature is strongly correlated with thickness and refractive index of layer.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان