اپتیک پلاسمونیک

اپتیک پلاسمونیک - یک زمینه تحقیقاتی نوظهور - الکترونیک و فوتونیک را با ساختارهای نانو ترکیب می کند. این اثر متقابل بین امواج الکترومغناطیسی و ماده در مقیاس نانو را مطالعه می کند. ویژگی بارز اپتیک پلاسمونیک اتصال امواج الکترومغناطیسی به نوسانات الکترونی جمعی است. این ویژگی عجیب امکان محلی سازی و تقویت انرژی الکترومغناطیسی را در یک خانواده جدید از دستگاه های نانو ، نانو الکترونیک و حسگرهای نانو فراهم می کند.   پلاسمونیک شامل موضوعات زیادی مانند اپتیک ، فیزیک ، مواد و حتی شیمی است. تاکنون کاربردهای مطلوبی در حسگرهای شیمیایی ، میکروسکوپ با وضوح بالا ، سلول های فتوولتائیک ، تشخیص بیولوژیکی ، ارتباطات و تشخیص پزشکی دارد. هر دستاورد در بهبود آینده نقش بسزایی دارد.

فدریکو کاپاسو ، هنگام دریافت جایزه مدال طلای SPIE در سال 2013 ، گفت: "تبدیل شدن به یک دانشمند نوری بسیار قوی نمی تواند اشتباه کند زیرا شما می توانید در زمینه های مختلف کار کنید." Plasmonics یکی از این زمینه ها است. در طول چند دهه گذشته بسیاری از محققان خود را وقف آن کرده اند زیرا این یک خطر و نوید قانع کننده است. این همان چیزی است که باعث جذابیت زیاد علم می شود: ما مشتاق درک چیزهای ناشناخته هستیم. در واقع ، این خطر ما را جذب می کند که دستاورد بعدی را در گوشه و کنار پیدا کنیم.

برای تحقق وعده ارائه شده توسط اپتیک پلاسمونیک ، این کتاب معرفی مختصری از تئوری و کاربردها را ارائه می دهد. فصل اول خصوصیات نوری مواد را معرفی می کند. شرح اولیه تئوری الکترومغناطیسی ارائه شده است. فلزات نجیب ، مواد دی الکتریک و نیمه هادی ها اغلب در اپتیک های پلاسمونیک استفاده می شوند. خصوصیات نوری آنها با توجه به نظریه های درود و لورنتس شرح داده شده است. اگرچه خواص نوری م effectiveثر ساختارهای نانو از خصوصیات مواد فله ای منحرف می شود ، اما عمق نفوذ و عمق پوست نقش تعیین کننده ای در تعریف خصوصیات پلاسمونیک دارند. در انتهای فصل ، تئوری محیط موثر برای مواد ترکیبی بحث شده است.

پلاریتون پلاسمون سطحی (SPP) اصطلاحی تکرار شونده است که نیاز به یک تعریف مشخص دارد. در این کتاب ، SPP ها به یک نوسان الکترونی جمعی و زمینه های موج مرتبط که در امتداد یک رابط مسطح فلز - دی الکتریک منتشر می شوند ، اشاره می کنند. از حالت های پلاسمون سطحی گاهی اوقات برای توصیف موارد تشدید SPP استفاده می شود. وقتی نوسانات الکترون روی سطح خمیده نانوذرات رخ می دهد ، به این پدیده ها تشدید سطح محلی پلاسمون (LSPR) می گویند ، زیرا در بیشتر موارد ، فقط شرایط تشدید بارهای نوسانی در نانوذرات در نظر گرفته می شود. فصل 2 و 3 به مفهوم فیزیکی و کاربردهای معمول SPP و LSPR پرداخته است. خصوصیات پراکندگی و جذب نانوذرات با هندسه های مختلف از نظر تئوری Mie بحث شده است.

مفاهیم SPP و LSPR برای مجموعه ای از خصوصیات نوری غیرمعمول / دستگاه ها اعمال می شود: انتقال نوری فوق العاده (OET) از طریق یک دیافراگم یا آرایه های سوراخ (فصل 4) ، امواج را که توسط فلز عایق فلزی (MIM) هدایت و محدود می کنند ) و نانوساختارهای عایق - فلز - عایق (IMI) (فصل 5) ، افزایش تشعشع / انتشار و جذب کامل حاصل از آنتن نوری از طول موج های قابل مشاهده تا مادون قرمز (فصل 6). در این فصل ها ساختارهای نانو با هندسه های مختلف به منظور دستیابی به سنسورهای پلاسمونیک ، از جمله سنسورهای شیمیایی ، حسگرهای زیستی و طیف سنجی تقویت شده سطح ، بحث شده است.

در فصل هفتم به طور خلاصه تکنیک های ساخت نانو با هدف تولید دستگاه های پلاسمونیک معرفی شده است. روشهای حذف مواد از بالا به پایین برای ساختارهای نانو پیچیده ، سنتز پایین به بالا برای نانوذرات خود رشد و روشهای فاز محلول برای هندسه های مونتاژ معرفی شده اند. خصوصیات نوری ساختارهای نانو پلاسمونی به طور خلاصه بررسی می شود. روش های توصیف از پیشرفت چشمگیر اپتیک پلاسمونیک سود می برند و در عوض پیشرفت آن را پیش می برند.

به تعداد زیادی از برنامه ها و هندسه های مختلف برای سنجش با SPP در سراسر متن ارجاع داده می شود. ادبیات گسترده ای در این زمینه نقش دارد. منابع به دلیل توصیف آنها درباره یک اثر خاص یا مناسب بودن آنها برای یک مبتدی انتخاب شدند. من می خواهم از نویسندگان ادبیات ذکر شده در این کتاب تشکر کنم.

با توجه به دامنه این کتاب ، مجبور شدم چند موضوع مرتبط با plasmonics را حذف کنم. این موضوعات شامل اپتیکهای cloaking و تحول پلاسمونیک ، لیزرهای پلاسمونیک ، شفافیت ناشی از الکترومغناطیسی ، مواد غیر متفاوتی و سطوح متاثر می شود. دو مورد اخیر مناطق عظیمی هستند که می توانند در متن خودشان پوشش داده شوند. روش های شبیه سازی عددی در این کتاب ارائه نشده است ، اما خوانندگان علاقه مند می توانند آنها را در انواع نرم افزارهای تجاری و رایگان موجود بیابند. این متن آموزشی باید مقدمه ای خواندنی برای اپتیک پلاسمونیک با مفاهیم مجزا ، کاربردهای معمول و دانش جامع ارائه دهد. مقدار کمی دانش اولیه در زمینه مغناطیسی کافی است