 |
|||||||||
 |
2019, том 17, выпуск 3 |
|
|||||||
|
|||||||||
Выпуски/2019/том 17 /выпуск 3 |
L. V. Poperenko, A. L. Yampolskiy, O. V. Makarenko, O. I. Zavalistyi, V. V. Prorok
«Observation of Surface-Plasmon Resonance in Metal–Dielectric Thin Films Covered by Graphene»
0473–0482 (2019)
PACS numbers: 07.07.Df, 68.65.Ac, 73.20.Mf, 73.21.Ac, 77.55.-g, 78.67.Pt, 78.67.Wj
Рассмотрены плазмонные свойства гибридных металлодиэлектрических наноразмерных структур на основе тонких плёнок Cu, защищённых от окисления в условиях воздушной атмосферы диэлектрическим слоем HfO2 и/или графеновым слоем. Эксперимент проведён методом эллипсометрии и поляриметрии с возбуждением поверхностных плазмонов в таких структурах в геометрии Кречманна при длине волны зондового света ????625 нм. Для них измерены угловые зависимости эллипсометрических параметров ?(?) и ?(?), а также коэффициента внутреннего отражения RIN(?IN). Эти экспериментальные данные сравнены с соответствующими зависимостями, рассчитанными матричным методом согласно модели многослойной структуры. Числовые значения оптических постоянных n и k слоёв гетероструктуры подвергнуты варьированию для достижения совпадения с минимальной погрешностью между экспериментальными и теоретическими данными. Кривые зависимостей внутреннего отражения RIN(?IN) исследованных образцов имеют характерную особенность в виде глубокого минимума при определённом угле падения p-поляризованного света, что является однозначным доказательством существования у них поверхностного плазмонного резонанса. По особенностям поведения этих кривых установлена возможность использования таких гетероструктур в качестве плазмонных сенсоров. Для оценки уровня эффективности такого типа сенсоров выполнены теоретические расчёты коэффициента внутреннего отражения при варьировании показателя преломления среды, которая контактирует с верхней поверхностью структуры. Получены кривые соответствующих зависимостей, по наклону которых предложено определять чувствительность сенсора. Типичное значение этой величины для исследованных гетероструктур составляет 100–200/RIU (Refractive Index Unit) в окрестности n???1,3 RIU.
Keywords: multilayer structures, dielectric layer, hafnium oxide, graphene, surface plasmon resonance, biosensors
References
1. I. Pockrand, J. D. Swalen, J. G. Gordon, and M. R. Philpott, Surf. Sci., 74: 237 (1978). https://doi.org/10.1016/0039-6028(78)90283-22. J. G. Gordon and S. Ernst, Surf. Sci., 101: 499 (1980). https://doi.org/10.1016/0039-6028(80)90644-5
3. B. Liedberg, C. Nylander, and I. Lunstr m, Sens. Actuators, 4: 299 (1983). https://doi.org/10.1016/0250-6874(83)85036-7
4. B. Liedberg, C. Nylander, and I. Lundstr m, Biosens. Bioelectron., 10, Iss. 8: i (1995). https://doi.org/10.1016/0956-5663(95)96965-2
5. W. L. Barnes, A. Dereux, and T. W. Ebbesen, Nature, 424: 824 (2003). https://doi.org/10.1038/nature01937
6. S. A. Maier, Plasmonics: Fundamentals and Applications (New York, U.S.A: Springer: 2007). https://doi.org/10.1007/0-387-37825-1
7. V. G. Kravets, R. Jalil, Y.-J. Kim, D. Ansell, D. E. Aznakayeva, B. Thackray, L. Britnell, B. D. Belle, F. Withers, I. P. Radko, Z. Han, S. I. Bozhevolnyi, K. S. Novoselov, A. K. Geim, and A. N. Grigorenko, Sci. Rep., 4: 5517 (2014). https://doi.org/10.1038/srep05517
8. H. Y. Hong, J. S. Ha, S.-S. Lee, and J. H. Park, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9: 5014 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.6b15229
9. V. G. Kravets, Yu. V. Kudriavtsev, I. O. Liashenko, L. V. Poperenko, and A. O. Schherbakov, Bulletin of Taras Shevchenko National University of Kyiv, 3: 287 (2017).
10. O. V. Makarenko, A. L. Yampolskiy, B. V. Karlenko, and I. V. Slobodyaniuk, Kompleks Avtomatyzatsii Honiometra [An Automation Complex for Goniometer]: Patent 131954 UA. G01B 11/26 (Promyslova Vlasnist , No. 3: 4.89) (2019) (in Ukrainian).
11. A. L. Yampolskiy, O. V. Makarenko, B. V. Karlenko, A. I. Sharapa, and I. V. Slobodyaniuk, Proc. of 3-rd Ukrainian Sci.-Tech. Conf. ‘Spetsialne Pryladobuduvannya: Stan ta Perspektyvy [Special Instrument Making: State and Prospects] (December 4–5, 2018) (Kyiv: Checkmate: 2018), p. 164 (in Ukrainian).
12. A. L. Yampolskiy, O. V. Makarenko, L. V. Poperenko, and V. O. Lysiuk, Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics, 21: 412 (2018). https://doi.org/10.15407/spqeo21.04.412
13. G. Hass, Physics of Thin Films: Advances in Research and Development, (New York–London: Academic Press: 1963), Vol. 1.
14. P. B. Johnson and R. W. Christy, Phys. Rev. B, 9: 5056 (1974). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.9.5056
15. D. L. Wood, K. Nassau, T. Y. Kometani, and D. L. Nash, Appl. Opt., 29: 604 (1990). https://doi.org/10.1364/AO.29.000604
16. J. W. Weber, V. E. Calado, and M. C. M. van de Sanden, Appl. Phys. Lett., 97: 091904 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3475393
17. K. M. McPeak, S. V. Jayanti, S. J. P. Kress, S. Meyer, S. Iotti, A. Rossinelli, and D. J. Norris, ACS Photonics, 2: 326 (2015). https://doi.org/10.1021/ph5004237
 Все статьи доступны по Лицензии Creative Commons “Attribution-NoDerivatives” («атрибуция — без производных статей») 4.0 Всемирная © НАНОСИСТЕМЫ, НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОТЕХНОЛОГИИ Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, 2019 © L. V. Poperenko, A. L. Yampolskiy, O. V. Makarenko, O. I. Zavalistyi, V. V. Prorok, 2019 Электронная почта: tatar@imp.kiev.ua Телефоны и адрес редакции О сборнике Пользовательское соглашение |