Tính hấp thụ ánh sáng của các Plasmonic Nano Anten có cấu trúc hình học khác nhau

Bài viết trình bày tính chất cộng hưởng ánh sáng của các lưỡng cực plasmonic nano anten với các dạng hình học khác nhau, đó là cấu trúc hình chữ nhật (rectangular), hình vuông (square), và hình tròn (circular).

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN Số 8(33) - Tháng 10/2015 Tính hấp thụ ánh sáng Plasmonic Nano Anten có cấu trúc hình học khác Optical absorption characteristics of plasmonic nano anten with different geometries 1 CN Nguyễn Thị Thanh Kiều, ThS Hứa Thị Hoàng Yến, ThS Huỳnh Văn Tuấn, 123 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQG TP.HCM TS Nguyễn Trương Khang Trường Đại học Tôn Đức Thắng B.A Nguyen Thi Thanh Kieu, M.Sc Hua Thi Hoang Yen, M.Sc Huynh Van Tuan, 123 The University of Science – National University Ho Chi Minh City Ph.D Nguyen Truong Khang Ton Duc Thang University Tóm tắt Trong báo này, chúng tơi trình bày tính chất cộng hưởng ánh sáng lưỡng cực plasmonic nano anten với dạng hình học khác nhau, cấu trúc hình chữ nhật (rectangular), hình vng (square), hình trịn (circular) Phổ hấp thụ phản xạ cấu trúc nano anten khảo sát tối ưu hóa tần số 375THz, tương ứng với bước sóng 800nm nguồn kích thích Kết mơ cho thấy, cấu trúc hình trịn cho độ tập trung giam hãm điện trường vùng kích thích cao nhất, đồng thời cho hệ số phản xạ phát xạ trường xa tốt nhất, so sánh cấu trúc Nghiên cứu hữu ích cho nhà thiết kế việc lựa chọn cấu trúc lưỡng cực plasmonic nano anten thích hợp muốn kết hợp với anten quang dẫn nhằm tăng hiệu suất hệ thu/phát sóng Terahertz Từ khóa: tượng cộng hưởng plamon bề mặt, nano anten, hấp thụ, phản xạ, phát xạ trường xa… Abstract In this paper, we investigate the optical absorption characteristics of plasmonic dipole nano antenna with different geometries; they are rectangular dipole, square dipole, and circular dipole Absorption and reflection profile of each nano antenna are characterized and optimized at the resonance frequency of 375 THz, which corresponding to the wavelength of the incident light at 800 nm Numerical results show that the circular nano antenna produces the most enhanced electric field at the excitation gap in addition with the best reflection and far-field radiation characteristics This research is useful for the researcher and designer in chossing appropriate plasmonic dipole nano antennas when incorporating with a photoconductive antenna for terahertz radiation enhancement Keywords: surface plasmon resonance, nano-antenna, absorption, reflection, far-field radiation… 57 Mở đầu Hiệu ứng giam cầm lượng tử vật liệu kích thước nanomet khiến cho vật liệu có tính chất đặc biệt hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước, hiệu ứng cộng hưởng plasmon… Khi điện tử tự cấu trúc nano (nanostructure) hấp thụ ánh sáng chiếu vào dẫn đến tượng gọi tượng cộng hưởng plasmon bề mặt định xứ (LSPR- Localized surface plasmon resonance) [1], [2], [3], [4] Dưới tác dụng điện từ trường bên ánh sáng dẫn đến dao động tập thể điện tử tự do, theo dẫn đến phân cực hạt nano thành lưỡng cực điện Tần số cộng hưởng lưỡng cực phụ thuộc vào nhiều yếu tố hình dáng độ lớn cấu trúc nano, lớp vật liệu đế, hay độ phân cực ánh sáng kích thích Top View Side View g Au T Au Tgold g SiO2 WR Au LR y z y z x SiO2 x (a) (b) Top View Top View g g DC WS LS LC y z y SiO2 x z (c) SiO2 x (d) Hình (a) Sơ đồ mặt cắt plasmonic nano anten; Plasmonic nano anten: (b) hình chữ nhật (Rectangular); (c) hình vng (Square); (d) hình trịn (Circular) Plasmonic nano anten loại anten có kích thước nanomet, thể đặc tính đặc biệt cấu trúc nano Một số nghiên cứu công bố ứng dụng plasmonic nano anten thu quang (photodetectors) [5], diode phát quang [6], [7], pin lượng mặt trời [8], SERS (Surface Raman Scattering) [9], cảm biến sinh học (biosensing) [10], sử dụng plasmonic nano anten anten quang dẫn để tăng cường công suất xạ Terahertz (THz) 58 [11], [12], [13] Nhờ tượng cộng hưởng plasmon bề mặc định xứ (LSPR), cấu trúc hình học nano anten có hấp thụ ánh sáng khác Để có hấp thụ ánh sáng tới tốt đòi hỏi phải lựa chọn cấu trúc nano anten có kích thước phù hợp Hơn nữa, hiệu suất hoạt động anten tốt tần số cộng hưởng chúng gần với tần số nguồn kích thích Cấu trúc truyền thống hình chữ nhật quan tâm nhiều [14] Tuy nhiên, nghiên cứu kiểm tra thực nghiệm nano anten nhà nghiên cứu quan tâm đến kích thước chế tạo mà thiếu bước khảo sát kích thước tốt để đưa vào thực tế Trong báo này, chúng tơi thực bước thiếu tập trung nghiên cứu, khảo sát đặc tính hấp thụ plasmonic nano anten có cấu trúc hình học khác nhau, cấu trúc hình chữ nhật, hình vng hình trịn Tất cấu trúc kích thích ánh sáng tới có bước sóng 800nm (ứng với tần số 375THz), bước sóng chuẩn chùm ánh sáng sử dụng SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) Kết mô cách sử dụng phần mềm mô CST MWS [15] cho thấy cấu trúc hình trịn cho khả giam hãm điện trường tới, đồng thời cho đồ thị phát xạ trường xa tốt so với cấu trúc lại Các cấu trúc hình học plasmonic nano anten e Plane wave Vacuum Waveguide Port Probe Nanoantenna Vacuum h Nanoantenna (Au) (Au) SiO2 SiO2 Au z Vacuum Vacuum PC z y Au y x x (a) Waveguide Port (b) Hình Mơ hình mơ dùng để; a) quan sát điện trường giam hãm vùng kích thích; b) tính hệ số phản xạ mảng vơ hạn hai chiều Hình biểu diễn mặt cắt ngang (side view) cấu trúc hình học ba cấu trúc nano anten nhìn từ phía (top view) gồm có: cấu trúc hình chữ nhật (rectangular), cấu trúc hình vng (square), cấu trúc hình trịn (circular) Hình 1a biểu diễn mặt cắt ngang cấu trúc nano anten, ba cấu trúc nano anten chế tạo từ vàng (Au) có bề dày Tgold, cấu trúc ngăn cách với lớp đế vàng (Au) lớp bán dẫn loại SiO2 có bề dày ký hiệu chung T, khoảng cách 59 vùng kích thích (gap) nằm hai điện cực ba cấu trúc ký hiệu g Hình 1b, 1c, 1d biểu diễn cấu trúc hình học nano anten hình chữ nhật, hình vng, hình trịn tương ứng, chiều rộng tổng chiều dài cấu trúc nano anten hình chữ nhật ký hiệu WR LR Chiều rộng tổng chiều dài cấu trúc nano anten hình vng ký hiệu WS LS Đường kính tổng chiều dài cấu trúc nano anten hình trịn ký hiệu DC LC Bề dày lớp SiO2 cấu trúc hình chữ nhật, hình vng, hình trịn ký hiệu TR, TS, TC Trong mảng vô hạn, nano anten ba cấu trúc cách khoảng ký hiệu PR, PS, PC tương ứng với cấu trúc hình chữ nhật, hình vng, hình trịn Các thông số thiết kế ba cấu trúc nano anten sau tối ưu hóa vùng tần số 375THz sau: cấu trúc hình chữ nhật (WR = 35nm, LR = 174nm, TR = 100nm, PR = 550nm); cấu trúc hình vng (WS = 78nm, LS =166nm, TS = 40nm, PS = 600nm); cấu trúc hình trịn (DC = 94nm, LC = 198nm, TC = 60nm, PC = 590nm); g = 10nm Tgold = 25nm chung cho ba cấu trúc Mô phần mềm CST MWS 30 2.5 5.0x10 -6 2.4 4.0x10 -6 2.3 3.0x10 -6 2.0x10 -6 1.0x10 -6 -12 ' -24 -60 '' ' -30 '' 12 ' '' 2.2 -36 ' '' -90 -120 200 250 300 350 400 2.1 -48 450 2.0 200 -60 500 250 300 350 400 450 0.0 500 Frequency (THz) Frequency (THz) (a) (b) Hình Đồ thị điện tử tán xạ (electric dispersion curves) (a) vàng (Au) (b) SiO2 dải tần số từ 200 THz đến 500THz đặt ban đầu 1V/m phân cực dọc theo trục (trục x) nano anten Một đầu dò (probe) đặt hai điện cực nano anten (vùng kích thích) để thu lượng thể tính chất giam hãm điện trường tăng cường cấu trúc Mơ hình cho phép ta quan sát đồ thị phát xạ trường xa nano anten Đặc tính phản xạ nano anten với cấu trúc Trong báo này, phần mềm CST MWS (CST Microwave Studio) [15] sử dụng để mơ đặc tính cấu trúc nano anten Hình 2a biểu diễn mơ hình tính tốn đặc tính hấp thụ lượng nano anten, nguồn kích thích sử dụng sóng ánh sáng phẳng (plane wave) chiếu từ xuống, cường độ điện trường ánh sáng kích thích 60 mảng hai chiều vô hạn mô cách sử dụng mơ hình ống dẫn sóng hai cổng mơ tả hình 2b Trong mơ hình này, hai điều kiện biên điện trường từ trường áp vào dọc theo hướng ±x ±y nhằm mơ truyền sóng theo hướng chuẩn vng góc mơ hình ống dẫn sóng Hình biểu diễn đồ thị điện tử tán xạ (electric dispersion curves) vật liệu vàng (Au) SiO2 vùng tần số khảo sát từ 200THz đến 500THz Mơ hình tán xạ vật liệu vàng SiO2 xác định thư viện vật liệu CST MWS so khớp với giá trị thực nghiệm cơng bố nhóm nghiên cứu khác Kết thảo luận 120 1.0 Reflection coefficient Rectangular Reference [14] E-field (V/m) 90 60 30 250 300 350 0.8 0.6 0.4 0.2 Rectangular Reference [14] 0.0 250 400 Frequency (THz) 300 350 400 Frequency (THz) (a) (b) Hình (a)-(b) Kết mơ phổ lượng hấp thụ kết mô phổ phản xạ cấu trúc hình chữ nhật tham chiếu [14] cấu trúc hình chữ nhật có thơng số thay đổi để tối ưu hóa hiệu suất hấp thụ 375 THz; c) kết thực nghiệm phổ phản xạ mảng nano anten hình chữ nhật thay đổi TSiO2 [14] (c) 61 Đối với cấu trúc hình chữ nhật, có nhiều nhóm nghiên cứu cấu trúc này, điển nhóm nghiên cứu T J Seok cộng chứng minh thực nghiệm [14] Trong cấu trúc tham chiếu này, chiều rộng tổng chiều dài nano anten 45nm 260nm, bề dày lớp kim 400 nano anten mảng vơ hạn 600nm Dưới kích thích ánh sáng tới có bước sóng 800nm, cấu trúc thu đỉnh phổ lượng 85,6V/m tần số cộng hưởng khoảng 320THz, cách xa tần số cộng hưởng ánh sáng kích thích (375THz) Vì vậy, từ cấu trúc 190 400 130 Fpeak 390 390 Epeak Fpeak (THz) 130 (V/m) 370 370 360 360 350 100 10 g (nm) 11 Epeak 350 12 100 20 40 (a) 60 TC (nm) 80 100 (b) 400 400 130 130 390 Epeak 370 110 Fpeak 360 350 198 206 110 Fpeak Epeak 350 100 190 370 360 Epeak 182 120 380 100 550 214 Epeak (V/m) 120 380 Fpeak (THz) 390 Fpeak 110 Fpeak Epeak (V/m) Fpeak (THz) 120 380 peak 380 E 160 570 590 LC (nm) PC (nm) (c) (d) 610 630 Hình Khảo sát tần số cộng hưởng Fpeak điện trường giam hãm vùng kích thích Epeak tương ứng thay đổi thông số thiết kế nano anten hình trịn; (a) kích thước vùng kích thích g, (b) độ dày TC lớp bán dẫn SiO2, (c) tổng chiều dài LC, (d) khoảng cách PC nano anten đơn vị mảng vô hạn loại vàng cấu trúc 25nm, kích thước vùng kích thích (gap) 15nm, bề dày lớp bán dẫn SiO2 60nm, khoảng cách chúng tơi tìm cách đưa đỉnh phổ lượng tần số 375THz cách thay đổi thông số cấu trúc Kết chúng 62 thu đỉnh phổ lượng cao khoảng 110,3V/m tần số cộng hưởng 374,9THz biểu diễn hình 4a, thơng số hình học cấu trúc thay đổi tương ứng gồm chiều rộng (WR) tổng chiều dài (LR) nano anten 35nm 174 nm tương ứng, bề dày lớp kim loại (Tgold) cấu trúc 25nm, kích thước J Seok cộng thực hiện, so với kết mô tần số cộng hưởng thực nghiệm khoảng xấp xỉ 345THz (tức λ=870nm, trường hợp 60nm SiO2), độ phản xạ (khoảng 0,45) lớn nhiều so với mô (khoảng 0,02) Điều giải thích điều kiện sử dụng mơ lý tưởng, cịn 160 Reflection coefficient E-field (V/m) 120 1.0 Rectangular Square Circular 80 40 320 340 360 380 400 0.8 0.6 0.4 0.0 320 420 Rectangular Square Circular 0.2 340 360 380 Frequency (THz) Frequency (THz) (a) (b) 400 420 Hình a) Điện trường giam hãm vùng kích thích theo hàm tần số (b) hệ số phản xạ theo hàm tần số ba cấu trúc: hình chữ nhật (Rectangular), hình vng (Square) hình trịn (Circular) vùng kích thích (g) 10nm, bề dày lớp bán dẫn SiO2 100nm, khoảng cách nano anten mảng vô hạn 550nm Như vậy, sau thay đổi thông số thu đỉnh phổ lượng cao đỉnh phổ lượng cấu trúc hình chữ nhật T J Seok cộng thực [14], tần số cộng hưởng thu tương ứng 374,9THz gần với tần số nguồn kích thích (375THz) Hình 4b chứng tỏ hệ số phản xạ cấu trúc [14] nhỏ hệ số phản xạ cấu trúc hình chữ nhật tối ưu, nhiên tần số cộng hưởng tương ứng lại cách xa so với tần số ánh sáng kích thích Hình 4c kết thực nghiệm T thực nghiệm nhiều yếu tố ảnh hưởng vật liệu chế tạo, hệ đo, điều kiện môi trường xung quanh,… khiến cho độ phản xạ thực nghiệm không tốt độ phản xạ mô Kết ban đầu cho rút hai điều Một là, khẳng định tính đắn mơ hình mơ qua so sánh tần số đỉnh phổ hấp thụ mô phỏng, tần số cộng hưởng thực nghiệm trình bày hình 4c Hai là, cách khảo sát tối ưu hóa dạng hình học nano anten, ta tăng hiệu suất hấp thụ tần số cộng hưởng mong muốn Trong ba cấu trúc nano anten khảo sát, chúng tơi chọn cấu trúc hình trịn để trình bày hồi đáp 63 anten theo tần số thay đổi thông số thiết kế, hai cấu trúc cịn lại khảo sát tương tự Chúng tơi tiến hành khảo sát cấu trúc hình trịn cách thay đổi thông số g, TC, LC, PC để cấu trúc tốt Hình 5a cho thấy, thơng số khoảng cách vùng kích thích g ảnh hưởng nhiều đến điện trường giam hãm tần số cộng hưởng Epeak Khi khoảng cách vùng kích thích bị thu hẹp, tần số cộng hưởng Fpeak giảm, điện trường giam hãm vùng kích thích Epeak tăng lên đáng kể Điều cho thấy, ta tăng độ giam hãm điện trường lên đáng kể thu hẹp khoảng cách vùng kích thích này, ví dụ Epeak đạt đến gần 400V/m g giảm xuống đến 7nm Trong cấu trúc tối ưu hóa, chúng tơi chọn g = 10nm hai lý sau: thứ nhất, khoảng cách g = 10nm cho Epeak tối đa tần số cộng hưởng gần với tần số sóng tới (375THz) Thứ hai, g nhỏ gây khó khăn nhiều trình chế tạo, chẳng hạn gây tượng ngắn mạch điện cực giảm hiệu suất tổng mảng Hình 5b cho thấy độ dày TC lớp bán dẫn SiO2 thay đổi, Fpeak Epeak thay đổi đáng kể, thể tính cộng hưởng Cụ thể, TC tăng từ 20nm đến 100nm với bước tăng 20nm, Fpeak tăng sau giảm, tương tự Epeak tăng sau giảm Tại giá trị TC = 60nm, ta quan sát thấy Fpeak gần với tần số mong muốn 375THz nhất, Epeak cho giá trị cực đại Tính chất thú vị, kiểm chứng [14], nói rằng, khoảng cách từ nano anten đến bề mặt phản xạ (lớp đế Au) phải chọn thỏa mãn điều kiện cộng hưởng ta xem lớp vật liệu bán dẫn SiO2 hốc cộng hưởng Fabry- Perot Theo đó, tùy vào chiết suất vật liệu bán dẫn, ta có độ dày khác Hình 5c cho thấy LC tăng Fpeak giảm, điều phù hợp với lý thuyết rằng, chiều dài anten tỷ lệ nghịch với tần số hoạt động Ta tính bước sóng hiệu dụng theo cơng (1) đó, c vận tốc ánh sáng 3×108m/s, fo tần số cộng hưởng (~375THz), εeff điện môi hiệu dụng SiO2 (~2.4) Theo đó, bước sóng hiệu dụng vào khoảng 500nm Theo lý thuyết, anten có chiều dài vào khoảng ½ bước sóng hiệu dụng (L~ ~250nm) cho mode cộng hưởng Kết sau tối ưu hóa cho LC ~ 200nm, ngắn chiều dài tính tốn lý thuyết Điều lý giải rằng, cấu trúc khảo sát có sử V/m y V/m 20 17.6 17.6 17.6 15.2 15.2 15.2 12.7 12.7 12.7 10.3 10.3 10.3 7.88 7.88 5.45 x (a) V/m 20 y 5.45 3.03 z thức: 20 7.88 y 5.45 3.03 z x (b) 3.03 z x (c) Hình Phân bố điện trường tần số cộng hưởng cấu trúc nano anten; a) cấu trúc hình chữ nhật; b) cấu trúc hình vng; c) cấu trúc hình trịn 64 dụng mặt phẳng đế (Au), theo chiết suất hiệu dụng cấu trúc tăng lên, làm cho bước sóng hiệu dụng bị thu ngắn lại Nhờ mặt phẳng đế này, nhờ tượng tăng chiết suất hiệu dụng này, trường điện từ bắt cặp từ nano anten vào lớp SiO2 tăng lên đáng kể, theo tăng tính hấp thụ ánh sáng tới Bên cạnh đó, cấu trúc hình học dạng hình trịn phần thu ngắn chiều dài lưỡng cực điện Xét độ giam hãm điện trường, ta thấy chiều dài nano anten ảnh hưởng không đáng kể Epeak thay đổi xung quanh giá trị 125V/m Cuối cùng, hình 5d cho thấy chiều rộng PC lớp bán dẫn SiO2 (cũng chiều rộng mặt phẳng phản xạ) tăng, tần số cộng hưởng Fpeak giảm, nhiên điện trường giam hãm vùng kích thích Epeak tăng Việc tăng chiều rộng lớp bán dẫn dẫn đến tăng chiết suất hiệu dụng cấu trúc Theo đó, tần số cộng hưởng giảm, độ giam hãm tập trung điện trường tăng sóng tới hấp thụ vào lớp bán dẫn nhiều Do tần số cộng hưởng mong muốn xung quanh vùng 375THz, giá trị PC cho cấu trúc sau dBm2 hai điện cực ảnh hưởng đáng kể đến cường độ điện trường giam hãm, chiều dài lưỡng cực định tần số cộng hưởng nano anten Quan trọng hơn, độ dày lớp bán dẫn phải chọn thích hợp nhằm tối ưu hóa điện trường tăng cường nhờ vào chế hoạt động hốc cộng hưởng FabryPerot Các tính chất cho thể cách tương tự cấu trúc nano anten hình vng nano anten hình chữ nhật Theo đó, sau tối ưu hóa cầu trúc, chúng tơi thu kết sau: cấu trúc nano anten hình chữ nhật cho cho đỉnh phổ điện trường giam hãm có giá trị 110,3V/m tần số cộng hưởng 374,9THz; cấu trúc nano anten hình vng cho cho đỉnh phổ điện trường giam hãm có giá trị 92,2V/m tần số cộng hưởng 372,8THz; cấu trúc nano anten hình trịn cho cho đỉnh phổ điện trường giam hãm có giá trị 125V/m tần số cộng hưởng 374,3THz, xem thêm bảng Hình biểu diễn hồi đáp theo hàm tần số điện trường giam hãm vùng kích thích hệ số phản xạ so dBm2 -118 dBm2 -118 -118 -127 -127 -127 -133 -133 -133 -139 -139 -139 -145 -145 -145 -152 -158 -152 -158 -152 -158 z z y y x x (a) (b) z y x (c) Hình Phổ phát xạ trường xa tần số cộng hưởng cấu trúc nano anten; a) cấu trúc hình chữ nhật; b) cấu trúc hình vng; c) cấu trúc hình tròn chọn vào khoảng 590nm Qua việc khảo sát thơng số thiết kế cấu trúc hình trịn, ta rút kết luận rằng, diện tích vùng kích thích hay khoảng cách sánh ba cấu trúc khảo sát Kết cho thấy, tần số cộng hưởng điện trường giam hãm, hình 6a, gần trùng với tần số cho hệ số phản xạ cực tiểu, hình 65 ba cấu trúc nano anten khảo sát Ta thấy, điện trường phân bố tập trung vùng kích thích hai đầu cuối nano anten thường thấy lưỡng cực điện tần số thấp Đồ thị phát xạ trường xa cấu trúc hình trịn đánh giá tốt so với hai cấu trúc hình chữ nhật hình vng Quan sát ta thấy, phát xạ ngược (back-radiation) đồ thị phát xạ trường xa cấu trúc hình trịn thấp Kết hợp với kết khác (xem bảng 1), ta rút kết luận cấu trúc lưỡng cực nano anten hình trịn cho hiệu suất hấp thụ ánh sáng tốt so với cấu trúc lưỡng cực nano anten hình chữ nhật cấu trúc lưỡng cực nano anten hình vng 6b Kết cho thấy rằng, cấu trúc khảo sát hoạt động tốt tần số mong muốn 375THz, theo hấp thụ ánh sáng tối đa tần số Đánh giá tổng quát rằng, cấu trúc hình trịn cho cường độ điện trường giam hãm tập trung vùng kích thích cao nhất, đồng thời cấu trúc hình trịn cho hệ số phản xạ tốt nhất, gần khơng có phản xạ, so với hai cấu trúc cịn lại Điều phần giải thích ưa chuộng sử dụng chấm lượng tử quang học việc tăng cường tính hấp thụ ánh sáng tới thiết kế gần Hình mô tả phân bố điện trường quan sát trường gần (near-field) đồ thị phát xạ trường xa (far-field) Bảng 1: So sánh thông số đầu cấu trúc lưỡng cực nano anten Tần số cộng hưởng Fpeak (THz) Điện trường tăng cường Epeak (V/m) Hệ số phản xạ (%) Đồ thị phát xạ Hình chữ nhật 374,9 110,3 0,188 Tốt Hình vng 372,8 92,2 0,283 Tốt Hình trịn 374,3 125,0 0,056 Tốt Cấu trúc Fabry-Perot theo đó, bề dày lớp vật liệu phải chọn cách thích hợp thỏa điều kiện cộng hưởng Đánh giá tổng qt, cấu trúc nano anten hình trịn trội tất tính chất so với hai cấu trúc lại Cụ thể, cấu trúc nano anten hình trịn cho điện trường giam hãm tăng cường vùng kích thích cao nhất, cho hệ số phản xạ thấp nhất, đồng thời cho đồ thị phát xạ trường xa tốt Nghiên cứu cung cấp cho nhà nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm thơng tin hữu ích q trình chọn tối ưu hóa lưỡng cực nano anten cách hợp lý, từ áp dụng vào Kết luận Trong báo này, khảo sát ba cấu trúc lưỡng cực nano anten hình chữ nhật, hình vng, hình trịn, đánh giá tính chất chúng qua tính giam hãm điện trường, hệ số phản xạ, phân bố trường gần, phát xạ trường xa Q trình tối ưu hóa cho thấy khoảng cách hai đơn cực điện, hay gọi diện tích vùng kích thích, ảnh hưởng nhiều đến tính giam hãm điện trường tăng cường nano anten, chiều dài lưỡng cực định tần số cộng hưởng nano anten Bên cạnh đó, lớp bán dẫn kết hợp với mặt phẳng phản xạ hoạt động hốc cộng hưởng 66 ứng dụng cụ thể, ví dụ kết hợp mảng nano anten hình trịn chấm lượng tử với anten quang dẫn nhằm tăng hiệu suất phát sóng THz TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngơ Bá Thưởng (2007), “Chế tạo nghiên cứu tính chất hạt vàng có kích thước nano”, Khóa luận tốt nghiệp cử nhân Trường ĐHKH Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội H A Atwater and A Polman (2010), “Plasmonics for improved photovoltaic devices”, Nature Materials, vol 9, pp 205–213 N A Hatab, C H Hsueh, A L Gaddis, S T Retterer, J.-H Li, G Eres, Z Zhang, and B Gu (2010), “Free-standing optical gold bowtie nano antenna with variable gap size for enhanced raman spectroscopy”, Nano Letters, vol 10, pp 4952-4955 10 S S Acimoviü, M P Kreuzer, M U González, and R Quidant (2009), “Plasmon near-field coupling in metal dimers as a step towards single-molecule sensing”, ACS Nano, vol 3, no 5, pp 1231-1237 Hồng Thị Hiến (2012), “Mơ hình hóa tượng SPR hạt nano kim loại,” Luận văn Thạc sỹ Trường ĐHKH Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội 11 S Park, K Jin, J Ye, and K.H Jeong (2011), “Nanoplasmonic photoconductive antenna for high power terahertz emission”, IEEE 16th Int Conference TRANSDUCERS, pp 2498-2501 Trần Thu Hà (2011), “Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt hạt nano kim loại,” Luận văn Thạc sỹ Trường ĐHKH Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội Nguyễn Khắc Thuận (2011), “Nghiên cứu tính chất điện - từ hạt màng mỏng Au có kích thước nano” Luận văn Thạc sỹ Trường ĐHKH Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội 12 S G Park, K H Jin, M Yi, J C Ye, J Ahn, and K H Jeong (2012), “Enhancement of terahertz pulse emission by optical nano antenna”, ACS Nano, vol.6, no.3, pp 2026-2031 L Tang, S.E Kocabas, S Latif, A K Okyay, D.S Ly-Gagnon, K C Saraswat and D a B Miller (2008), “Nanometre-scale germanium photodetector enhanced by a near-infrared dipole antenna”, Nature Photonics, vol 2, pp 226-229 13 S G Park, Y Choi, Y J Oh, and K H Jeong (2012), “Terahertz photoconductive antenna with metal nanoislands”, Optics Express, vol.20, no.23, pp 25530-25535 K Okamoto, I Niki, A Shvartser, Y Narukawa, T Mukai, and A Scherer (2004), “Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells”, Nature Materials, vol 3, pp 601-605 14 T J Seok, A Jamshidi, M Kim, S Dhuey, A Lakhani, H Choo, P J Schuck, S Cabrini, A M Schwartzberg, J Bokor, E Yablonovitch, and M C Wu (2011), “Radiation Engineering of optical antennas for maximum field enhancement”, Nano Letters, vol 11, pp 2606 – 2610 D M Koller, A Hohenau, H Ditlbacher, N Galler, F Reil, F R Aussenegg, A Leitner, E J W List, and J R Krenn (2008), “Organic plasmon-emitting diode”, Nature Photonics, vol 2, pp 684-687 Ngày nhận bài: 10/8/2015 15 CST Microwave Studio, CST GmbH (2015) website: http://www.cst.com Biên tập xong: 15/10/2015 67 Duyệt đăng: 20/10/2015 ... nghiên cứu, khảo sát đặc tính hấp thụ plasmonic nano anten có cấu trúc hình học khác nhau, cấu trúc hình chữ nhật, hình vng hình trịn Tất cấu trúc kích thích ánh sáng tới có bước sóng 800nm (ứng... (LSPR), cấu trúc hình học nano anten có hấp thụ ánh sáng khác Để có hấp thụ ánh sáng tới tốt đòi hỏi phải lựa chọn cấu trúc nano anten có kích thước phù hợp Hơn nữa, hiệu suất hoạt động anten tốt tần... luận cấu trúc lưỡng cực nano anten hình trịn cho hiệu suất hấp thụ ánh sáng tốt so với cấu trúc lưỡng cực nano anten hình chữ nhật cấu trúc lưỡng cực nano anten hình vng 6b Kết cho thấy rằng, cấu