Mô phỏng tính chất quang học của hạt nano plasmonic tuần hoàn trong cấu trúc siêu mạng

I HỌ QUỐ GI TP HỒ H MINH L MINH Ứ Ủ huy n ng nh: V t l k thu t M số: LU N V N TH TP HỒ H MINH TH NG S N M ÔNG TRÌNH ƯỢC HỒN THÀNH T I: I H C BÁCH KHOA – -HCM n ộ h ớng n kho họ : TS inh S n Th h n ộ h m nh n x t : TS Nguyễn Tr n ộ h m nh n x t : TS Lu n v n th th ng s ợ n m Th nh ph n Hội ồng ng Kh ng u S Hiếu o vệ t i Tr ờng nh gi lu n v n th i họ h Kho HQG Tp H M ng y s gồm: PGS TS Huỳnh Quang Linh – Chủ tịch TS Nguyễn Tr TS ng Kh ng – Ph n biện u S Hiếu – Ph n biện TS Lý Anh Tú – Ủy viên TS Ph m Thị H i Miền – Th k X nh n ủ hủ tị h Hội ồng s u nh n lu n v n Ủ ợ s ng gi LV v Tr ởng Kho qu n l h huy n ng nh KHOA H C ỨNG DỤNG i I HỌ QUỐ GI TP H M Ủ – – Ụ Họ t n họ vi n: ứ MSHV: 7140890 Ng y th ng n m sinh: 13/8/1991 N i sinh: nh ng huy n ng nh: t t u t M số: 60520401 Ủ I Ụ  Nghi n ứu l thuyết t ợng ộng h ởng pl smon t p trung ề m t (Localized Surface Plasmon Resonance)  Kh o s t xây dựng gi i thu t R W Matlab ể mô t nh h t qu ng họ ủ u tr hai chiều h t n no vàng tu n ho n  nh gi t nh h t qu ng họ ủ u tr tu n hoàn hai chiều phụ thuộ v o k h th nanogap, hình d ng, mơi tr ờng xung quanh ủ h t n no II Ụ III Ụ IV TS Tp H M ng y th ng n m Ủ Họ t n v h k Họ t n v Ứ Họ t n v h k Ụ h k ii Lời u tiên, muốn g i lời biết n ủ m nh ến TS cho biết inh S n Th h ợ nh n o l gi i o n vác ba lơ lên v i ể tiến ờng tìm hiểu khoa học Lu n v n n y ợc ho n th nh v ũng l n lối ớc ịp ể hồi niệm gi i o n y với nhiều cung b c c m xúc nh ng tr i nghiệm thú vị Ấn t ợng nh t có lẽ nh ng buổi ợc ngồi hỏi Th y ợc tháo gỡ nh ng bế tắc Tiếp ến, muốn g i lời c m n sâu sắc ến GS Raymond C Rumpf tr ờng học Texas – El Paso, M Nếu khơng có trợ giúp viên chân tình Th y lúc tơi xây dựng h i y nhiệt tâm nh ng lời ộng ng tr nh lu n v n n y khó ho n thành Tôi xin c m n ến n vị Tr ờng thể Th y Lung anh Tiến i học Công nghệ Thông tin HQG-HCM mà cụ ho m ợn t i nguy n ũng nh hỗ trợ r t nhiệt tình lúc s dụng máy o ể ch y h ng tr nh Lời c m n chân thành sau muốn g i ến h u ph trai “nh ng ng ời th m l ng hùng m nh” ng v ng ba mẹ, anh hỗ trợ nhiều m t ể tơi hồn thành lu n v n Tôi xin chân thành c m n! TP Hồ Chí Minh – 01/2018 L Minh ức iii TÓM TẮT LU H t n no kim lo i vàng (Au) thể nh ng t nh h t quang ộ o o có t ợng ộng h ởng pl smon t p trung ề m t k h th h t nhỏ h n hiếu tới (Localized Surface Plasmon Resonance –LSPR) ho n ợ xây ựng ự m ng h i hiều ủ si u m ng n y sóng ánh sáng u tr si u m ng tu n h t n no vàng Phổ h p thu ủ ợ mô ằng gi i thu t Rigorous Coupled Wave Analysis (RCWA) Matlab Trong lu n v n n y h ng giới h n k h th h t ợ kh o s t nhỏ h n ỉnh nm Kết qu mô từ R W tr ng ủ LSPR theo k h th (nanogap) môi tr ờng xung qu nh h t huyển h u hết tr ờng hợp C h nh ho th y th y ổi ng kho ng h gi h i i n h t ỉnh phổ 510 nm xu t v không ị ị h ỉnh tr ng h i vùng gọi tắt nhóm CH1) 764 – 780 nm gọi tắt l nhóm H – 650 nm ó khuynh h ớng ị h ỉnh ng ợ nh u Trong ó ị h ỉnh vùng H rõ n t h n th y ổi thông số so với vùng H ABSTRACT Gold nanoparticles display fascinating optical properties due to Localized Surface Plasmon Resonance phenomenon, exhibiting a high degree of optical field confinement at localized subwavelength nanostructure Superlattice is structured by two-dimension periodic array of gold nanoparticle We simulated the absorbance spectra of this superlattice by Rigorous Coupled Wave Analysis –RCWA algorithm coded in the Matlab platform In this thesis, we limited the size of nanoparticle smaller than 60 nm The results showed the dependence of typical resonance spectra on size, shape, nanogap, external dielectric environment of nanoparticles Peak 510 nm remain unchanged position in all results We emphasized the present of two major peak groups within a range of 610 – 650 nm and 764 – 780 nm, namely CH1 and CH2, respectively There is an inverse tendency shift between them Especially, CH1 is clearly changeable compared to CH2 iv L Tôi xin m o n: Nh ng nội ung lu n v n n y l tiếp ủ : TS o thự ới h ớng n trự inh S n Th ch Mọi th m kh o ùng lu n v n ều công tr nh thời gi n ị ợ tr h n rõ r ng t n t gi t n iểm ông ố Mọi s o h p không hợp lệ vi ph m Quy hế ho n to n tr h nhiệm Tr ờng i họ o t o h y gi n tr xin hịu h kho – phố Hồ h Minh không li n qu n ến nh ng vi ph m t i họ quố gi Th nh quyền n quyền o gây r qu tr nh thự v MỤC LỤC NH MỤ HÌNH NH viii NH MỤ K HIỆU VÀ CHỮ VI T T T x LỜI MỞ ẦU HƯƠNG 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Mơ hình x p xỉ gi t nh ho k h th ớc h t r t bé so với ộ tắt d n 1.2 ộ h p thu ớc sóng ộ tán x 1.3 Hiện t ợng Localized Surface Plasmon Resonance 1.4 Cộng h ởng plasmonic 12 1.5 Sự phụ thuộ v o k h th ớc h t nano 14 1.6 Sự phụ thuộc vào hình d ng h t 15 1.7 T 1.8 Giới thiệu s l ợc h t nano vàng c u trúc siêu m ng 19 ng t HƯƠNG gi a h t m ng hai chiều 17 PHƯƠNG PH P MÔ PHỎNG BẰNG GI I THU T RIGOROUS COUPLED WAVE ANALYSIS – RCWA 20 2.1 Giới thiệu ngắn gọn v i ph ng ph p mô 20 2.2 Gi i thu t RCWA 22 2.2.1 Triển khai gi i thu t RCWA 23 2.2.2 Ph 2.2.3 Hệ ph 2.2.4 Biểu diễn thành ph n tr ờng v h m iện môi t p hợp số ng tr nh M xwell 24 ng tr nh M xwell s dụng cho RCWA 28 h ng Fourier 28 vi 2.2.5 Khai triển hệ ph 2.2.6 Mô t số họ 2.2.7 Ma tr n tán x 36 2.2.8 Thực gi i thu t 38 CHƯƠNG ng tr nh M xwell không gi n Fourier 29 ph CÁC K T QU ng tr nh M xwell 31 TÍNH TỐN CHO CẤU TRÚC M NG HAI CHIỀU CỦA H T NANO VÀNG 41 3.1 Mô h nh kh o s t 42 3.2 Kh o sát nh h ởng chiết su t môi tr ờng xung quanh lên phổ h p thu 43 3.3 Kh o s t nh h ởng c u tr 3.4 Kh o sát nh h ởng bán kính h t lên phổ h p thu 50 3.5 Kh o s t nh h ởng ủ 3.6 Kh o sát nh h ởng nanogap lên phổ h p thu 59 3.7 Kh o sát nh h ởng hình d ng h t lên phổ h p thu 63 HƯƠNG hiều h nh th i l n phổ h p thu 45 o h t l n phổ h p thu 56 K T LU N 65 TÀI LIỆU THAM KH O 68 PHỤ LỤC 72 BÀI BÁO TRONG KỶ Y U HỘI NGHỊ 74 vii Ụ 1 Khi có chùm ánh sáng tới chiếu lên c u trúc m ng hai chiều h t nano vàng ó ộ tắt d n tổng hai thành ph n l thị mô t o ộng t p thể củ ộ tán x ộ h p thu iện t c u trúc h t nano kim lo i vàng hình c u cho t ợng cộng h ởng plasmon t p trung bề m t (LSPR) Ph n thực ph n o củ h m iện môi cho h t vàng theo mô hình Drude thị vẽ l i từ d liệu thực nghiệm ợc thực hai tác gi Johnson Christy [61] 10 Biểu hai chế ộ phân cực khác có kết hợp tr ờng g n gi a h t nano kim lo i 18 C u trúc kh o sát RCWA gồm lớp: I lớp ph n x s u sóng iện từ chiếu ến, II lớp m ng hai chiều h t nano vàng tu n hoàn, III lớp truyền qu s u sóng iện từ chiếu ến 23 a) Kh o sát m u có bán kính h t Ra = 30 nm G = nm với SH = 25, 27, 29, 35, 41 b) Kh o sát thời gian tính tốn với SH = 11-41 39 N mm u ợc ch y máy 12 cores cores 40 C u trúc hai chiều h t n no v ng (n = 1.45) Hai hình d ng hình l p ph ợc kh o s t l : ợc xếp tu n ho n tr n ế silica h t n no h nh trụ tr n v h t n no ng 42 viii nh h ởng mơi tr ờng có chiết su t n = 33 l n p ứng phổ h p thu 43 Th y ổi nm, d = 10 nm, G = nm củ u trúc hình thái bao gồm: nm th y ổi n k nh h t Ra = – 60 th y ổi chiều cao h t (d = – 60 nm, Ra = 10 nm, G = th y ổi nanogap (G = – 200 nm, Ra = 30 nm, d = 2Ra ỉnh phổ h p thu ổi vị tr nhóm ỉnh phổ ể th y diễn biến ợc ký hiệu n t ứt biểu thị cho thay ỉnh phổ h p thu th y ổi chiết su t môi tr ờng xung quanh 45 a) Kh o s t ỉnh nm th y ổi d b) G 47 a) Kh o s t ỉnh nm v ỉnh nm th y ổi chiết su t 48 thị kh o sát th y ổi bán kính h t Ra = nm – nm ể th y diễn biến phổ h p thu cố ịnh chiều cao h t d = 10 nm, G = 2nm 50 Diễn biến nhóm ỉnh phổ vùng 550 nm – nm th y ổi Ra 53 ỉnh phổ ộng h ởng h p thu ị nh h ởng ởi th y ổi d = nm nm – Quy lu t ị h huyển ủ h i nhóm ỉnh phổ 56 Diễn biến nhóm ỉnh phổ CH1 với d = 6, 10, 20 nm 57 ổi từ a) Phổ h p thu hệ h t nano vàng có Ra = 10 nm (d = 60 nm) với G thay nm ến 200 nm b) Diễn biến 11 nhóm ỉnh phổ cộng h ởng 61 thị so sánh phổ h p thu c u trúc m ng hai chiều tu n ho n t o hình nano l p ph ợc c u ng m u en v n no trụ tr n m u ỏ) 63 ix h t t m ng tu n ho n ó t ng t gi h t kế nl t ng t l ỡng ự -l ỡng ự Hiện t ợng LSPR h t n no kim lo i kim lo i kế iệt nh y với ó m t ủ n m ng Khi h i h t kết hợp với nh u thông qu t pl smon với ộ t ng ợ ng t t g n nh u th mo e LSP ủ h t tr ờng g n v sinh r mo e ộng h ởng ờng ộ tr ờng m nh Sự t ng t gi h t ó thể xem x t thơng qu mơ h nh gi o tho gi h t n no m ng h nh gi o tho t ng ỉnh phổ ị t h ho h t n no “tr ờng ri ng” ủ mo e pl smon ủ ờng ho p tắt n ến hệ qu l n ến h nh th nh ộng h ởng pl smon l Fano Cách gi i thích dừng l i t ng t h t n no kim lo i ó k h th nhỏ h n ho n thu h t qu n tâm l u v gi ộng h ởng tr ờng riêng h t kế c n sóng tới ợ xếp tr t tự tu n ó t ợng ộng h ởng pl smon ề m t LSPR v t nh h t qu ng ủ ó thể ợ iều khiển th y ổi ụ th y ổi ủ ng thông số h nh th i nh k h th h nh ng hu kỳ m ng V h ởng m nh ến vị tr v ờng ộ ủ phổ ộng h ởng m ng h i hiều Sự ị h ỉnh phổ ộng h ởng li n qu n ến th y ổi hu kỳ m ng ứu nhiều từ kho ng h t v ợ ợ ghi nh n v nghi n trở s u Khuynh h ớng ị h ỉnh n y t ng ho m ng không phụ thuộ h nh nh hu kỳ m ng nh ng v t liệu v h xếp vị tr ông ố t i liệu [30, 64, 65] h gi h t kh lớn so với gi m hu kỳ h t m ng nghi n ứu y t p trung nhiều v o sóng x y r kết qu thự nghiệm ph n nh hủ yếu l ộng h ởng pl smon ủ ot ng t l ỡng ự tr ờng xa ông nghệ hế t o v qu n s t h t n no ó mụ ti u qu n trọng ịnh h ớng ph t triển l ng thu nhỏ k h th thiết kế k h th ng tốt V việ hiểu hế ho t ộng ủ hệ y kh i nguồn ho nh ng nghi n ứu thuyết nhiều h n Lu n v n th y u h nh 60 ợ thự nghiệm l n l kh o s t tr ó ó k h th lớn với ờng k nh h t ỡ nm ến nm h h t tr i nm v kho ng n k h th từ i từ nm với kết qu nm tiếp ng tr n t p h J Phys k h th h t kho ng từ h t nằm nm ến nm với kho ng nm ến lex n re ouhelier h gi n t Tuy hem o o ủ nhóm t v on m gi [66] ó kh o s t nm – 78 nm v số m ng l từ ỉnh phổ ó quy lu t h nm ến rõ với k h th nhỏ n y Lu n v n tiến ến kh o s t k h th h t l ó nm ể theo õi khuynh h ớng củ ỉnh phổ ộng h ởng h p thu T t s u ây thông qu kết qu từ n k nh từ nm v nanogap từ G=2nm G=10nm G=30nm G=100nm G=200nm Peak ưởng(nm) (nm) ỉnh ccongg huong Ra=30nm,d=2Ra CH1 thu hap thu Do hấp h nanogap gi n t ợng phù hợp với thự nghiệm v nghi n ứu l thuyết tr ó nh ng iễn iến ủ 0.6 i từ 0.4 CH2 0.2 ợ l m rõ CH1 CH2 644 774 642 772 640 770 638 768 636 766 634 a) nm ến 450 500 550 600 650 700 750 800 850 Buoc song (nm) ước sóng (nm) 764 b) 30 60 90 120 G (nm) G (nm) 150 180 3.10 a) Phổ h p thu hệ h t nano vàng có Ra = 10 nm (d = 60 nm) với G thay ổi từ nm ến 200 nm b) Diễn biến nhóm ỉnh phổ cộng h ởng Lu n v n kh o sát nh h ởng ủ th y ổi G từ ho n h i hiều nm ến 200 nm ủ m ng tu n h t v ng nm l n iễn iến ủ phổ h p thu Kết qu nh tr n H nh 10 a) Tuy nhi n ể nh n m nh v i tr h p thu ủ m ng h i hiều lu n v n nh tr n H nh 10 b) ủ Gl n ợ thể p ứng ủ phổ vẽ ỉnh phổ h p thu ộng h ởng l h m ủ G ó h i nhóm ỉnh phổ h p thu Chúng t m gọi ây l mode plasmonic 61 ỉnh phổ t ứng với H v tr ng Nhóm H H n t liền ó quy lu t ễ gi m kho ng mo e ỉnh phổ ộng h ởng lueshift r t nh y h G Cịn nhóm CH2 n t ứt) redshift nh y gi m nanogap iễn r hệ pl smoni pl smoni n y ủ ng nh n th y l ợ gọi l mo e pl smoni Mo e ợ h nh th nh ởi l ỡng ự hịu nh h ởng ởi ó m t “ph n t ” kế nh ph n t n y l h t kế n Qu tr nh n y gọi l p ứng n y diễn biến theo h i khuynh h ớng Một l xếp kế n ủ p ứng h t l m th y ổi phân ố tr ờng xung qu nh h t v k o theo iến ổi ộ phân ự ủ h t H i l n ng tồn t i t h nh xếp tr t tự ủ ng t kết hợp tr ờng chung t p thể n y s u ó t m mo e t ng t h t ó thể tr n Từ ó oherent inter tions gi ng t h t m ng với ánh sáng chiếu tới v ây h nh l l t p thể h nh th nh Với khuynh h ớng thứ nh t, gi h t m ng tu n ho n kh h t ợ ợ mô t thông qu t t l i g n nh u kết hợp tr ờng g n ng t gi l ỡng ự nh nói n ến h nh th nh h i mo e ó quy lu t ng ợ nh u gi m nanogap Các mode ịnh danh mode bonding mode anti-bonding Chúng phụ thuộ v o ịnh h ớng t ng ối ủ h i l ỡng ự tr ờng iện từ chiếu tới Nếu trục nối h i l ỡng cự ph n tr ờng phân cực chiếu tới th t g n nh u so với h ớng t g n song song với thành iện tích trái d u cho lực hồi phục gi m, d n ến dịch chuyển ỏ từ ó ó t trục nối gi t g n hút làm ng t on ing Ng ợc l i, h i l ỡng cực vng góc với tr ờng phân cực chiếu tới d n ến t ng lực hồi phục kết qu dịch chuyển xanh (blueshift), ó t ng t nti-bonding Một v i qu n iểm cho ối với tr ờng hợp mo e antibonding th tổng moment l ỡng ự ằng không v nh s ng hiếu ến kết hợp ho yếu với mo e n y n n ợ gọi l mo e tối n mo e ki n kết hợp r t ợc gọi mode sáng hế gi i thích phù hợp với diễn biến phổ h p thu Hình 3.10, tức mode sáng ứng với nhóm CH1 mode tối ứng với nhóm CH2 62 Với khuynh h ớng thứ hai, lu n v n cho h t n no xa, tr ờng t n x h t kế nh s ng ị t n x n h y ó v i tr “l i” h t kế Nh ng o ộng n y ến l ợ ố tr ởi h t m ng t n ó nanogap ộng ến o ộng ùng ph với nh s ng hiếu tới n o ó ó ộng h ởng ộng h ởng n y gọi l ộng h ởng m ng tu n ho n ề m t surf e l tti e reson n e 3.7 Khảo sát ả ưởng hình d ng h t lên phổ hấp thu Phổ cộng h ởng h p thu phụ thuộ v o k h th cịn phụ thuộc vào hình d ng [31, 63] mơi tr ờng xung quanh h t o ó ph n ề tài muốn tìm hiểu diễn biến phổ h p thu th y ổi hình d ng h t nano Hai hình d ng sánh hình nano l p ph ợc chọn ể so ng n no u e v h nh n no h nh trụ trịn (nanocylinder) nh mơ t Hình 3.11 K h th ớc c n xem xét l nh nh u ho h i h nh cụ thể Da = 20 nm, d = 60 nm, G = nm cho hình nano l p ph ng ó ng Ra = 10 nm, d = 60 nm, G = nm cho hình nano trụ trịn 0.6 thu hấp thu Do hap 618nm 654nm 0.4 Nanocube Nanocylinder 764nm 0.2 758nm 0.0 450 500 550 600 650 700 750 800 850 ước song sóng(nm) (nm) Buoc 3.11 thị so sánh phổ h p thu c u trúc m ng hai chiều tu n hoàn t o hình nano l p ph ng m u en nano trụ tròn m u ỏ) 63 ợc c u Tr n thị phổ h p thu h t nano trụ tròn bao gồm ỉnh phổ sau: 510 nm, 575 ỉnh phổ theo nm, 610 nm, 654 nm, 675 nm, 764 nm, 810 nm Diễn biến củ thơng số bán kính, chiều o n nog p ợc phân tích cụ thể ph n từ ến 3.6 Chúng mong muốn th y ổi hình d ng phổ cộng h ởng h p thu thay ổi, tứ l nhóm ỉnh phổ hình nano trụ trịn bị dị h i ớc sóng khác Kết qu mơ từ RCWA cho th y phổ h p thu ối với hình nano l p ph có số ỉnh h n so với hình nano trụ trịn, cụ thể ó nm, 758nm l p ph ng ỉnh: 510 nm, 544 nm, 618 ỉnh ó tr n thị phổ hình nano trụ trịn mà khơng có hình nano ng l 610 nm, 675 nm, 810 nm Ngoài ra, ta th y hình nano l p ph ó ỉnh 618 nm có hiển thị rõ r ng tr n thị phổ h p thu ng ỉnh cịn l i có xu t nh ng không rõ V y, cố ịnh k h th ớc h t l y ỉnh 654 nm cho hình nano trụ trịn làm chuẩn t i th y ổi hình d ng sang hình nano l p ph dịch 618 nm Sự dịch chuyển x nh n y ũng ng th ỉnh ng ho tr ờng hợp ỉnh dịch từ 764 nm ỉnh nm nh tr n thị Hình 3.11 Kết qu chứng minh th y ổi hình d ng h t th ỉnh phổ cộng h ởng h p thu ũng th y ổi theo Ngoài ra, chúng tơi ghi nh n số ỉnh hình nano l p ph chiều l nh nh u 64 ng t h n l o sóng ừng K T LU N Lu n v n xây ựng ợc gi i thu t RCWA Matlab cho c u trúc h t nano kim lo i vàng tu n hoàn hai chiều Với gi i thu t ề tài chọn SH 27 dùng ma tr n tán x ể kh o sát phổ h p thu m ng hai chiều nano vàng tu n hoàn Ngoài ra, lu n v n s dụng k thu t x p xỉ b c thang ể biểu diễn hình nano trụ trịn hình nano c u t mơi tr ờng có chiết su t khác RCWA thông qua việc biểu diễn ợc ỉnh phổ Các kết qu thể ề tài thể ợc tính hiệu qu t tr ng hệ tu n hồn hai chiều mơ t ợc diễn biến ỉnh phổ cộng h ởng h p thu th y ổi chiết su t môi tr ờng xung quanh, bán kính, chiều cao, nanogap, hình d ng h t n lẻ nằm m ng hai chiều ó ỉnh phổ khác xu t tr n thị là:  ỉnh nm nm nm nm: ỉnh phụ thuộc vào chiết su t củ môi tr ờng xung quanh  c biệt h ến xu t củ th y ổi vị tr ỉnh 510 nm h u hết kết qu ỉnh r t với th y ổi chiết su t củ môi tr ờng xung quanh  Nh n t ng thông số bán kính từ nm – 10 nm hiều oh t nano từ nm – 60 nm hiết su t môi tr ờng xung qu nh từ – 1.5 ỉnh phổ ộng h ởng ị h huyển ph sóng i vùng từ 610 – 650 nm ề tài ghi nh n dịch chuyển ỉnh vùng có th y ổi rõ nét với th y ổi thông số Kết qu n y phù hợp với nhiều nghi n ứu nghiệm v l thuyết tr  Khi t ng nanogap gi ó h t lu n v n nh n th y ó h i khuynh h ớng ị h huyển ỉnh phổ ộng h ởng kh phổ vùng lân nh u ó l blueshift ho tr ờng hợp ỉnh n 610 - 650 nm, redshift ho tr ờng hợp vùng lân 770 nm Nguyên nhân l thự o ó t 65 ng t gi n 760 - tr ờng ủ h t so với h t kế n –“tr ờng ri ng” s u ó hệ h t n y t ng t với hệ tu n hoàn – “tr ờng hệ” v tr ờng hệ n y l i t ng t với nh s ng tới Gi i thích t ng t n y có qu n iểm kh nh u h i khuynh h ớng ng ợ nh u tr n kết qu :  Sự gi o tho t ng  Kết hợp on ing v ủ ờng v gi o tho nti-bonding Kết hợp phụ thuộc vào ịnh h ớng l ỡng ự so với h ớng tr ờng iện từ hiếu tới Tr ờng hợp n y mô h nh l thuyết th ờng ề t p tắt ng t gi p ến lự hồi phụ ợ t o r ó sóng iện từ v hệ h t n no tu n hoàn Kết qu n y nh n m nh t ng t gi nh sáng với m ng h t nano tu n hồn hai chiều Plasmonic ề tài có nh ng mục tiêu cụ thể ể nghiên cứu tới nh : ối t ợng h t m ng, t p trung th y ổi hình d ng h t, cách xếp tr t tự tu n hoàn, kh o sát th y ổi h m iện môi h m iện thẩm, chiết su t c u trúc siêu m ng phụ thuộ v o ớc sóng; (2) t p trung khai thác thêm n a hế t ng t gi a ánh sáng hệ h t m ng; (3) mô c u trúc lớp D; (4) s dụng k thu t khác thực th nh ông nh NVF F st Fourier ể t ng tố ộ tính tốn (tức gi m thời gi n t nh to n t ng ộ xác vùng kh o sát rộng h n gi i thu t RCWA Ngồi s dụng ngơn ng l p tr nh kh nh Fortr ns ho c C++ ũng l mục tiêu nghiên cứu tới với tìm hiểu mô F T ể so sánh với RCWA cho toán kh o sát Thêm n a, lu n v n tin nghiên cứu metamaterial với ứng dụng áo tàng hình hay kh n ng cho phép quan sát ối t ợng v ợt qua giới h n nhiễu x không ph i iều viễn vong Nó l nh vực hoàn toàn mẻ thu hút m nh quan tâm sâu sắc giới quang học với chứng Hội nghị Metamaterial Photonic Crystal toàn giới với tên gọi META bắt 66 u từ n m tiếp sau ól vự n y ể nhà nghiên cứu chuyên biệt l nh ợc dịp chia sẻ trình bày nh ng nghiên cứu họ với ũng nhiều thách thức o ó Plasmonic v n ng tiếp diễn với nhiều ịnh h ớng ng h ớng tới nghiên cứu nóng hổi mà nhà khoa họ 67 y hi vọng nh ng TÀI LI U THAM KH O [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] Pile “Perspe tive on pl smoni s ” Nat Photonics, vol 6, no 11, pp 714– 715, 2012 W L rnes et l “Surf e pl mons su w velength opti s ” Nature, vol 424, pp 824–830, 2003 Z Zhu et l “Lo lize surf e pl smons: si s n ppli ations in fieldenh n e spe tros opy ” in Plasmonics from basics to advanced topics, Springer, 2012 J S huller et l “Pl smoni s for extreme light on entr tion n m nipul tion ” Nat Mater., vol 9, no 3, pp 193–204, 2010 S M ier “Lo lize surf e pl smon reson n e ” in Plasmonics : fundamentals and applications, 1st ed., Springer, 2007 S L l et l “N no-opti s from sensing to w vegui ing ” Nat Photonics, vol 1, no 11, pp 641–648, 2007 K M M yer et l “Lo lize surf e pl smon reson n e sensors ” Chem Rev., vol 111, no 6, pp 3828–3857, 2011 K Willets n R P V n uyne “Lo lize surf e pl smon reson n e spe tros opy n sensing ” Annu Rev Phys Chem., vol 58, pp 267–297, 2007 P K Jain and M A El-S ye “Pl smoni oupling in no le met l n nostru tures ” Chem Phys Lett., vol 487, no 4–6, pp 153–164, 2010 R F Oulton et l “ hy ri pl smoni w vegui e for su w velength confinement and long-r nge prop g tion ” Nat Photonics, vol 2, no 8, pp 496– 500, 2008 S I ozhevolnyi et l “ h nnel pl smon su w velength w vegui e omponents in lu ing interferometers n ring reson tors ” Nature, vol 440, no 7083, pp 508–511, 2006 L B henheimer et l “Enh n e therm l st ility of g n noro s through pping ” Appl Phys Lett., vol 105, no 21, pp 1–5, 2014 Y Hu ng et l “Gr u l pl smon evolution n huge infr re ne r-field enh n ement of met lli ri ge n nop rti le imers ” Phys.Chem.Chem.Phys., vol 18, no 4, pp 2319–23, 2016 Sh rm et l “SERS: M teri ls ppli tions n the future ” Mater Today, vol 15, no 1–2, pp 16–25, 2012 Hu k et l “Surf e-enhanced infrared spectroscopy using nanometer-sized g ps ” ACS Nano, vol 8, no 5, pp 4908–4914, 2014 H tw ter n Polm n “Pl smoni s for improve photovolt i evi es ” Nat Mater., vol 9, no 3, pp 205–213, 2010 O Tokel et l “ v n es in pl smoni te hnologies for point of re ppli tions ” Chem Rev., vol 114, no 11, pp 5728–5752, 2014 68 [18] P Howes et l “ olloi l n nop rti les s v n e iologi l sensors ” Science, vol 346, no 6205, pp 1247390, 2014 [19] W Zhou et l “Gol N nop rti les for in Vitro i gnosti s ” Chem Rev., vol 115, no 19, pp 10575–10636, 2015 [20] E i F rizio et l “Ro m p on iosensing n photonics with advanced nano-opti l metho s ” J Opt., vol 18, no 6, pp 1–27, 2016 [21] P Ghosh et l “Gol n nop rti les in elivery ppli tions ” Adv Drug Deliv Rev., vol 60, no 11, pp 1307–1315, 2008 [22] N S eer n J Murphy “Re ent progress in cancer thermal therapy using gol n nop rti les ” J Phys Chem C, vol 120, no 9, pp 4691–4716, 2016 [23] N I Zhelu ev n E Plum “Re onfigur le n nome h ni l photoni met m teri ls ” Nat Nanotechnol., vol 11, no 1, pp 16–22, 2016 [24] H l ei n n J ionne “Pl smon n nop rti le superl tti es s opti lfrequen y m gneti met m teri ls ” Opt Express, vol 20, no 14, pp 55–59, 2012 [25] olt ssev n H tw ter “Low-Loss Pl smoni Met m teri ls ” Science, vol 290, no 2011, pp 290–291, 2012 [26] N I Zhelu ev “The ro he for met m teri ls ” Science, vol 582, no 2010, pp 582–583, 2012 [27] J Pen ry et l “ ontrolling Ele trom gneti Fiel s ” Science, vol 1780, no 2006, pp 1780–1782, 2009 [28] lù n N Enghet “Pl smoni n met m teri l lo king physi l me h nisms n potenti ls ” J Opt A Pure Appl Opt., vol 10, pp 93002, 2008 [29] N K Gr y et l “Influen e of iele tri fun tion properties on the opti l response of plasmon reson nt met lli n nop rti les ” Chem Phys Lett., vol 399, no 1–3, pp 167–171, 2004 [30] J J Mo k et l “Lo l refr tive in ex epen en e of pl smon reson n e spe tr from in ivi u l n nop rti les ” Nano Lett., vol 3, pp 485–491, 2003 [31] K L Kelly et l “The opti l properties of met l n nop rti les: the influen e of size sh pe n iele tri environment ” J Phys Chem B, vol 107, no 3, pp 668–677, 2003 [32] L Zh o et l “The extin tion spe tr of silver n nop rti le rr ys: influen e of rr y stru ture on pl smon reson n e w velength n wi th ” J Phys Chem B, vol 107, no 30, pp 7343–7350, 2003 [33] H Shen et l “Opti l o serv tion of pl smoni nonlocal effects in a 2D superl tti e of ultr sm ll gol n nop rti les ” Nano Lett., vol 17, no 4, pp 2234–2239, 2017 [34] Y Hu ng et l “Tun le l tti e oupling of multipole pl smon mo es n ne rfield enhancement in closely spaced gold nanorod arr ys ” Sci Rep., vol 6, pp 1–10, 2016 [35] J P rk et l “Physi lly-synthesized gold nanoparticles containing multiple n nopores for enh n e phototherm l onversion n photo ousti im ging ” 69 Nanoscale, vol 8, no 34, pp 15514–15520, 2016 [36] J J Wei et l “ olle tive surf e pl smon reson n es in two-dimensional assemblies of au and ag nanocrystals: experiments and discrete dipole pproxim tion simul tion ” J Phys Chem C, vol 120, no 25, pp 13732– 13738, 2016 [37] M M hmou “Super-radiant plasmon mode is more efficient for SERS than the sub-r i nt mo e in highly p ke gol n no u e rr ys ” J Chem Phys., vol 143, no 7, pp 74703, 2015 [38] J Wei et l “Surf e pl smon reson n e properties of silver n no ryst ls differing in size n o ting gent or ere in supr ryst ls ” Chem Mater., vol 27, no 16, pp 5614–5621, 2015 [39] F on orso et l “Sorting n nop rti les y entrifug l fiel s in le n me i ” J Phys Chem C, vol 117, no 25, pp 13217–13229, 2013 [40] F Sh fiei et l “ su w velength pl smoni met mole ule exhi iting magnetic- se opti l F no reson n e ” Nat Nanotechnol., vol 8, no 2, pp 95–99, 2013 [41] M Hents hel et l “Tr nsition from isol te to olle tive mo es in pl smoni oligomers ” Nano Lett., vol 10, no 7, pp 2721–2726, 2010 [42] H L Wu et l “See -mediated synthesis of gold nanocrystals with systematic shape evolution from cubic to trisoctahedral and rhombic dodecahedral stru tures ” Langmuir, vol 26, no 14, pp 12307–12313, 2010 [43] P Zijlstr et l “Five-dimensional optical recording mediated by surface pl smons in gol n noro s ” Nature, vol 459, no 7245, pp 410–413, 2009 [44] H U I W ng n W r n l “Pl smoni n nostru tures : rtifi i l mole ules ” Acc Chem Res., vol 40, no 1, pp 53–62, 2007 [45] T t y et l “Strongly inter ting pl smon n nop rti le p irs: From ipoledipole interaction to conductively couple regime ” Nano Lett., vol 4, no 9, pp 1627–1631, 2004 [46] Y Sun et l “Met l m nostru tures with hollow interiors ” Adv Mater., vol 15, no 78, pp 641–646, 2003 [47] Y G Sun n Y N Xi “Sh pe-controlled synthesis of gold and silver nanop rti les ” Science, vol 298, no 5601, pp 2176–2179, 2002 [48] S Yun et l “ lose-packed two- imension l silver n nop rti le rr ys : qu rupol r n ipol r surf e pl smon reson n e oupling ” Chem Eur J., vol 21, pp 6165–6172, 2015 [49] A T o et l “Tun le pl smoni l tti es of silver n no ryst ls ” Nat Nanotechnol., vol 2, no 7, pp 435–440, 2007 [50] S Zh ng et l “Su str te-induced fano resonances of a plasmonic nanocube: a route to increased-sensitivity localized surface plasmon resonance sensors reve le ” Nano Lett., vol 11, pp 1657–1663, 2011 [51] N I Zheludev, S A Maier, N J Halas, P Nordlander, H Giessen, and C T 70 [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] hong “The F no reson n e in pl smoni n nostru tures n met m teri ls ” Nat Mater, vol 9, no 9, pp 707–715, 2010 S Pe hpr s rn et l “Rigorous ouple w ve n lysis for pl smoni n nop rti les ” Appl Mech Mater., vol 866, pp 341–344, 2017 M Weism nn et l “ ur te ne r-field calculation in the rigorous coupledwave analysis metho ” J Opt., vol 17, no 12, pp 125612, 2015 J V lentine et l “Three-dimensional optical metamaterial with a negative refr tive in ex ” Nature, vol 455, no September, pp 376–380, 2008 Q o et l “St le n effi ient lo h-mode computational method for oneimension l gr ting w vegui es ” J Opt Soc Am., vol 19, pp 335–338, 2002 M G Moh r m et l “Formul tion for st le n effi ient implement tion of the rigorous coupled-w ve n lysis of in ry gr tings ” J Opt Soc Am A, vol 12, no 5, pp 1068–1076, 1995 M G Moh r m n T K G ylor “Three-dimensional vector coupled-wave analysis of planar-gr ting iffr tion ” J Opt Soc Am., vol 73, no 9, pp 1105– 1112, 1983 M G Moh r m n T K G ylor “Rigorous ouple -wave analysis of planargr ting iffr tion ” J Opt Soc Am., vol 71, no 7, pp 811–818, 1981 F ohren n R Huffm n “ sorption n s ttering y n r itr ry p rti le ” in Absorption and scattering of light by small particles, 1st ed., WileyVCH, 1998, pp 69 W Re h erger et l “Opti l properties of two inter ting gol n nop rti les ” Opt Commun., vol 220, no 1–3, pp 137–141, 2003 P Johnson n R W hristy “Opti l onst nts of the no le met ls ” Phys Rev B, vol 6, no 12, pp 4370–4379, 1972 J P Kottm nn n O J F M rtin “Ret r tion-induced plasmon resonances in ouple n nop rti les ” Opt Lett., vol 26, no 14, pp 1096–1098, 2001 V men ol et l “Surf e pl smon reson n e in gol n nop rti les: review ” J Phys Condens Matter, vol 29, no 20, pp 203002, 2017 L mpre ht et l “Met l n nop rti les gr tings: influen e of ipol r inter tion on the pl smon reson n e ” Phys Rev Lett, vol 84, pp 4721, 2000 L H ynes et l “N nop rti le opti s: the import n e of r i tive ipole coupling in two- imension l n nop rti le rr ys ” J Phys Chem B, vol 107, no 30, pp 7337–7342, 2003 A Bouhelier et al “Ele trom gneti inter tions in pl smoni n nop rti le rr ys ” J Phys Chem B, vol 109, no 8, pp 3195–3198, 2005 71 PHỤ LỤC Thông số h t vàng Johnson Christy Chiết su t d ng phức v t liệu ợc thể thông qua công thức:   n  j B ng s u ây ghi l i chiết su t h t vàng hàm củ ợc trích từ kết qu thực nghiệm ớc sóng, thông số ợc thực Johnson Christy:  (nm) n Au  Au 0.1879 1.28 1.188 0.1916 1.32 1.203 0.1953 1.34 1.226 0.1993 1.33 1.251 0.2033 1.33 1.277 0.2073 1.30 1.304 0.2119 1.30 1.350 0.2164 1.30 1.387 0.2214 1.30 1.427 0.2262 1.31 1.460 0.2313 1.30 1.497 0.2371 1.32 1.536 0.2426 1.32 1.577 0.2490 1.33 1.631 0.2551 1.33 1.688 0.2616 1.35 1.749 0.2689 1.38 1.803 0.2761 1.43 1.847 0.2844 1.47 1.869 0.2924 1.49 1.878 72  (nm) n Au  Au 0.3009 1.53 1.889 0.3107 1.53 1.893 0.3204 1.54 1.898 0.3315 1.48 1.883 0.3425 1.48 1.871 0.3542 1.50 1.866 0.3679 1.48 1.895 0.3815 1.46 1.933 0.3974 1.47 1.952 0.4133 1.46 1.958 0.4305 1.45 1.948 0.4509 1.38 1.914 0.4714 1.31 1.849 0.4959 1.04 1.833 0.5209 0.62 2.081 0.5486 0.43 2.455 0.5821 0.29 2.863 0.6168 0.21 3.272 0.6595 0.14 3.697 0.7045 0.13 4.103 0.7560 0.14 4.542 0.8211 0.16 5.083 0.8920 0.17 5.663 0.9840 0.22 6.35 1.0876 0.27 7.15 1.2155 0.35 8.145 1.3931 0.43 9.519 1.6102 0.56 11.21 1.9373 0.92 13.78 73 BÀI BÁO TRONG KỶ Y U H I NGH Duc M Le, Thach S Dinh, Giang T T Le, Thi T Pham “Simul te opti l properties of periodic plasmonic nanoparticles in a superlattice structure,” in Proceedings 9th National Conference on Optics and Specstroscopy, Ninh Binh –Vietnam, 2016, pp 436-442 74 ... ng tr nh M xwell 31 TÍNH TỐN CHO CẤU TRÚC M NG HAI CHIỀU CỦA H T NANO VÀNG 41 3.1 Mô h nh kh o s t 42 3.2 Kh o sát nh h ởng chiết su t môi tr ờng xung quanh lên phổ... (nanosphere), h t ng n no u e h t nano hình trụ (nanocylinder), h t nano hình oval (nanospheroid), h t nano hình nh n (nanoring), d ng nano shell hàng lo t c u trúc khác  k h th ớc h t từ k h th ớc sóng... ng kể ến v t liệu plasmonic t ợng SPR H t nano kim lo i lo i v t liệu plasmonic Trong ó kim lo i qu nh g ul ối t ợng nghiên cứu kho ng thời gian kể từ nhà khoa học biết ến plasmonic Ngoài việc