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Near-Field Optics of Localized Surface Plasmons

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viHowever, one important part of the instrument, namely the tip-sample distance control mecha-nism based on shearforce, spans a whole chapter, i.e. Chapter 4. There a thorough analysis ofthe shearforce sensor, the quartz crystal tuning fork, and the estimation of some characteristicquantities expressing the actual instrument performance, have been worked out. In particular,the eect of the quality factor of the tuning fork oscillator on the scan speed, and the possibilitiesto change it by both mechanical and electrical means, have been investigated and reported. Thiswill hopefully help the future users to improve the current PSTM setup.With Chapter 5 the presentation of the experimental results begins, starting with the opticalNF characterization of the elementary unit of our samples, namely a single oblate gold particle.The optical signature of this unit has been identied and discussed, in the two dierent linearpolarization cases, TM and TE, and successfully compared with GDT simulations. As the ideabehind the presentwork is to provide the basic knowledge for the development of devices for lightmanipulation and transport, a spectroscopic study of the single particle response across the red-very near infrared spectral region has also been performed. This showed an increase of the eectiveNF intensity for increasing wavelength in that region.The single particles are aimed to constitute the bricks of the optical nanodevices mentioned atthe beginning. In these systems an appropriate ensemble of similar such particles will be built up,in which the interactions between the dierent units will play a fundamental role. For this reasonit is of major importance to investigate the eects of interacting metal nanoparticles. This wasdone in the following chapters, where 1D and 2D arrangements of gold nanoparticles (chainsand gratings, respectively) were studied. With the chains (Chapter 6 ), the eects of both NFand FF coupling were probed. The former turned out to be of quite dicult interpretation in thePSTM images, due to the high sensitivity of the NF particle coupling to even small deviations ofthe chain structure from a perfectly uniform linear array (as also conrmed byGDTsimulations).The latter was correctly interpreted in the frame of diraction theory, a picture which showedclearly to t with the experimental results.Therefore, when wewent on with the 2D gratings (Chapter 7)we focused on the simple case oflarge (above half the wavelength) particle spacing, i.e. FF particle coupling only. The complicationdue the higher degree of freedom in system geometry was rst approached byinvestigating a gratingof limited size, namely 33 particles. For this system we could observethedevelopment of particleinteraction towards the formation of an eective extended grating, characterized by a collectivebehavior of the particles. While both qualitative and quantitative analysis was in agreementwiththe GDT simulations, still it was found that, due to the peculiar NF distribution, the observedNF intensity exhibits a crucial dependence on several geometrical parameters (particle spacing,eective observation height) which determine the actually measured value. Indeed, with PSTMinvestigations of extended 2D gratings the consequences of the FF grating eects on the NFpattern could be found, whichshowed not to be much prominent. Complications in interpretationof the images arise from the inclination of the exciting light beam required for PSTM, comparedto the measurements performed by extinction spectroscopy at normal incidence, whose eect wetried to point out and make clear.Finally, in Chapter 8 another example of combined application of NF optical microscopy andplasmon coupling in metal nanostructures is presented, which also ts to the idea of the fabricationof optical nanodevices based on these materials. Namely, the propagation of a surface plasmonlaterally conned to a nanowire of sub-wavelength size is demonstrated. This could allow thesolution of the next task on the way to the fabrication of such devices, i.e. interfacing the lightsignal processing units, based on ensembles of noble metal particles, with the outer world ofconventional FF optics, by guiding the optical signal input and output to and from these unitswith similar sub-wavelength sized metal waveguides.
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Near-Field Optics of Localized Surface Plasmons

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Informazioni tesi

  Autore: Marco Salerno
  Tipo: Tesi di Dottorato
Dottorato in Doktor der Naturwissenschaften
Anno: 2002
Docente/Relatore: Joachim Krenn
Correlatore: AlfredLeitnerFranzAussenegg
Istituito da: Karl-Franzens Universität
Dipartimento: Institut fuer Experimentalphysik - Nano-optics
  Lingua: Inglese

FAQ

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Parole chiave

gdt
gratings
nanoparticles
near-field
optical
photonics
plasmons
pstm
shear-force
tuning fork

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