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Near-Field Optics of Localized Surface Plasmons

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1.4 NEARFIELD OPTICAL MICROSCOPY, PRINCIPLES AND CONFIGURATIONS 7 TIR collection r e f l e c t i o n transmission s c a t t e r i n g allowed f o r b i d d e n t r a n s m i s s i o n , transmission, illum. coll. r e f l e c t i o n (c) (a) (b)Figure 1.1: (a) aperture SNOM; (b) apertureless SNOM; (c) PSTM, as a special case of (b).maximized one needs a small aperture hole. On the other hand, this limits the throughput of theber, such that a small transmission is obtained for small holes.The approach of the Photon Scanning Tunneling Microscope (PSTM) [34,35] is quite dierent.This setup belongs to the family of so-called apertureless SNOM. In this case the tip works just asa scattering center placed at its pointed extremity, and the evanescent eld is therefore scatteredinto propagating waves, which are collected in several dierentways. Most commonly collectionoccurs along the optical ber itself, towards the opposite end of the tip, but it can also be operatedwith a FF detector placed nearby the scattering region. In this case the tip can be made not ofglass, at the free end of a tapered optical ber, but out of any sharpened body, either a metal likefor a STM tip or an insulator (ceramic) like for an AFM cantilever tip, for example.The instrument used during the presentwork is a PSTM. As the name itself suggests, the basicprinciple of operation of PSTM is quite similar to that of STM [16]. Namely, a tunneling occursthrough a gap in which the involved particles are photons instead of electrons. As a consequence,some properties of the instrument can be derived in a straightforward manner from the STM. Oneimportantpoint in common is that the signal across the gap decays exponentially with the gapwidth. However, the decaylengthismuch larger in this case: if for STM it is of the order of 1 nmor smaller, for the PSTM is at least 100 times longer, of the order of several hundreds nm (seeEq. 1.27). For the same reason, if one neglects the theoretical resolution limit due to diraction,the practical lateral resolution of the PSTM is also more limited than that of the STM. Indeed,due to the weaker dependence of the signal on the tipsample distance, a portion of the tip that islarger in all dimensions (and thus also parallel to the sample substrate) interacts with the samplein the PSTM, determining the signal intensity whichispicked up. Other points of contact betweenNF optics by PSTM and electronic states of matter show up when the surface plasmon polaritonmodes of metallic samples are investigated, see Chapter 2. Concepts of solid state physics havealso been used for photons, like Blochwaves, Brillouin zones and band gaps, in the study ofphotonic crystals (see e.g. Ref. [2,36]). Even if of no direct interest for the presentwork, theseanalogies will come back in the PSTM investigations of samples consisting of regular arrays ofmetal structures (see Chapters 6, 7). Nevertheless, a fundamental dierence with the STM is thatan electron in a potential can be described as a scalar, while a photon whichbelongstoawaveisavectorial entity, and the direction of propagation of the incident exciting wave has to be takeninto account. In fact, for a better understanding of the PSTM it is more useful to develop furtherthe point of view of the electric eld of a lightwave, as presented in the theoretical discussion ofthe next Section.
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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

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photonics
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