Оптимізація оптичних параметрів метало-діелектричних гетероструктур для створення плазмонних сенсорів

Л. В. Поперенко, А. Л. Ямпольський, О. В. Макаренко, О. І. Завалістий

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 60, 01033 Київ, Україна

Отримано: 04.04.2019; остаточний варіант - 20.05.2019. Завантажити: PDF

Експериментально виміряно кутові залежності еліпсометричних параметрів $\psi$ і $\Delta$ при зовнішньому відбиванні і коефіцієнта внутрішнього відбивання світла для гібридних структур на основі тонких плівок Au, Ag або Cu, захищених діелектричними шарами HfO$_2$ або MgF$_2$. За допомогою матричного методу для зазначених багатошарових систем розраховано відповідні кутові залежності. Незважаючи на відмінності, отримані при моделюванні оптичних характеристик зразків між звичайним (зовнішнє відбивання) та поляритонним (внутрішнє відбивання) режимами, теоретичні результати добре узгоджуються з експериментальними даними. Обчислено кутові положення плазмонних мінімумів коефіцієнта внутрішнього відбивання у геометрії Кречмана для всіх зразків в залежності від показника заломлення $n$ речовини, нанесеної на відповідну багатошарову структуру. Величина зсуву цих мінімумів практично однакова для всіх досліджених структур і складає близько 100° на одиницю приросту $n$ в околі $n$ = 1,20. Це дозволяє оцінити ефективність даних структур в якості сенсорів, що функціонують на ефекті збудження поверхневого плазмонного резонансу.

Ключові слова: багатошарові структури, діелектричний шар, еліпсометрія, поверхневі поляритони, біосенсори.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v41/i06/0751.html

PACS: 07.07.Df, 68.65.Ac, 73.21.-b, 77.55.-g, 78.67.Pt, 87.80.-y


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. B. Liedberg, C. Nylander, and I. Lunström, Sens. Actuators. 4: 299 (1983). Crossref
  2. J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B, 54: 3 (1999). Crossref
  3. J. N. Anker, W. P. Hall, O. Lyandres, N. C. Shah, J. Zhao, and R. P. Van Duyne, Nat. Mater., 7: 442 (2008). Crossref
  4. P. R. West, S. Ishii, G. V. Naik, N. K. Emani, V. M. Shalaev, and A. Boltasseva, Laser & Photonics Reviews, 4: 795 (2010). Crossref
  5. M. Futamata, Appl. Opt., 36: 364 (1997). Crossref
  6. V. G. Kravets, R. Jalil, Y.-J. Kim, D. Ansell, D. E. Aznakayeva, B. Thackray, L. Britnell, B. D. Belle, F. Withers, I. P. Radko, Z. Han, S. I. Bozhevolnyi, K. S. Novoselov, A. K. Geim, and A. N. Grigorenko, Sci. Rep., 4 (2014). Crossref
  7. V. G. Kravets, A. K. Petford-Long, and A. F. Kravets, J. Appl. Phys., 87: 1762 (2000). Crossref
  8. A. L. Yampolskiy, O. V. Makarenko, L. V. Poperenko, and V. O. Lysiuk, Quantum Electronics and Optoelectronics, 21: 412 (2018). Crossref
  9. Physics of Thin Films: Advances in Research and Development (Ed. G. Hass) (New York and London: Academic Press: 1963).
  10. K. M. McPeak, S. V. Jayanti, S. J. P. Kress, S. Meyer, S. Iotti, A. Rossinelli, and D. J. Norris, ACS Photonics, 2: 326 (2015). Crossref
  11. P. Johnson and R. Christy, Phys. Rev. B, 9: 5056 (1974). Crossref
  12. D. L. Wood, K. Nassau, T. Y. Kometani, and D. L. Nash, Appl. Opt., 29: 604 (1990). Crossref
  13. L. V. Rodríguez-de Marcos, J. I. Larruquert, J. A. Méndez, and J. A. Aznárez, Opt. Mat. Express., 7: 989 (2017). Crossref