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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.2017.tde-16012017-110032
Document
Author
Full name
Fabio Lombardi Maximino
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Santos, Antonio Domingues dos (President)
Chubaci, Jose Fernando Diniz
Freitas, Raul de Oliveira
Rizzutto, Marcia de Almeida
Wetter, Niklaus Ursus
Title in Portuguese
Interferência da rugosidade superficial na propagação de plasmons de superfície em filmes de Au
Keywords in Portuguese
Superfície física; física da matéria condensada; instrumentação (Física); Instrumento óptico
Abstract in Portuguese
Com os desenvolvimentos tecnológicos na área da nanociência e nanotecnologia pode se realizar novas pesquisas de fronteira. Entres estas pesquisas uma de muito interesse é sobre as interações nas escalas nanométricas e micrométricas. E com o desenvolvimento de novos equipamentos para esta área conseguimos observar e entender interações como entre a luz e materiais condutores como os metais. Esta interação produz ondas densas de elétrons, estas ondas são conhecidas como plásmons. Os estudos acerca dos plásmons estão sendo desenvolvidos desde os anos 80, e com as novas tecnologias podemos cada vez mais refinar e potencializar os resultados sobre estes assuntos. As pesquisas mais atuais sobre este tema veem gerando inúmeros desenvolvimentos nas áreas de gravação magneto-ótica, microscopia, detectores moleculares biológicos, entre outras. Os plasmons são oscilações que se confinam na superfície dos materiais, que têm como característica serem ondas evanescentes, por isso eles precisam ser observados em campo próximo. Com o intuito de observar e compreender a propagação destes plasmons de superfície (SPs) foi utilizado um microscópio ótico de varredura em campo próximo (SNOM). Este equipamento permite imagens óticas de campo próximo simultaneamente com imagens topográficas da superfície do material. Em trabalhos anteriores foi possível caracterizar a propagação dos SP em filmes de Ag e Au. Uma característica observada foi um padrão de oscilação ótica dentro da propagação dos SP. Visando entender esta oscilação, estudamos a influência da rugosidade dos filmes nesta oscilação dentro da propagação dos SP. Com o SNOM foi possível analisar a influência da rugosidade sobre a oscilação na propagação dos SP. Este tipo de oscilação já havia sido mostrado em artigos na literatura, porém nunca antes foi analisado em profundidade ou foi dada uma explicação clara para sua existência. Visando produzir filmes com rugosidades diferentes, foi utilizado um sistema de "magnetron sputtering" disponível no Laboratório de Materiais Magneticos da USP. Usando-se diferentes temperaturas de deposição e materiais codepositados se produziu filmes de rugosidades distintas. As rugosidades variaram de 1 nm à 40 nm, com isto se pode constatar que existe uma oscilação dentro da propagação dos SP que fica mais evidente, e sofre perturbações, conforme o filme é mais rugoso. Porém também foi observado que mesmo com filmes muito lisos esta oscilação permanece, podendo ser algo intrínseco da própria propagação do SP, e quanto maior rugosidade superficial mais intensa e irregular esta oscilação.
Title in English
Interference of the surface roughness in the propagation of Surface Plasmons in Au films
Keywords in English
Physical surface; condensed matter physics; instrumentation (Physics); optical instruments
Abstract in English
New border technology researches can be made from the technological developments in nanocience and nanotechnology, among which, the research on nanometric and micrometric scales is of great interest. With the development of new equipment for this area, we are able to observe and understand interactions between light and conductive materials, such as metals, for example. This interaction produces dense electron waves, these waves are known as Plasmon. Studies on Plasmon have been developed since the 1980's and, with the new technologies we can constantly refine and potentialize the results on this matter. The more recent researches on the theme have been generating innumerous developments in the areas of magneto-optical recording, microscopy, biological molecular detectors, among others. Plasmon's consist in confined oscillations in the surfaces of materials, characterized for being evanescent waves, for that reason they have to be observed in near field. In order to observe and comprehend the propagation of these Surface Plasmon (SP) a scanning near-field optical microscope (SNOM) was used. This equipment allows near field images to be formed concomitantly with topographic images of the material's surface. In previous works it was possible to characterize the propagation of the SP in Ag and Au films. One observed characteristic was an oscillation pattern within the SP propagation. Aiming to understand this oscillation, we studied the influence of the films rugosity on the oscillation within the propagation of the SP. With SNOM it was possible to analyze the influence of the rugosity on the oscillation within the propagation of the SP. This type of oscillation had already been observed in the literature, but it had never before been analyzed in depth or a clear explanation for its existence has been given. Aiming to produce films with different rugosities, a magnetron sputtering system was used. Using different deposition temperatures and co-deposited materials we produced films with different rugosities. The rugosities vary from 1 nm to 40 nm, with this we could note that there is an oscillation within the SP propagation which are more evident and suffer disturbances, as the film's rugosity increases. Although it was observed that even in very smooth films this oscillation remains, which can indicate an intrinsic character of the SP propagation and also, the larger the rugosity, more intense and irregular this oscillation.
 
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Publishing Date
2017-01-16
 
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