KIP-Veröffentlichungen

Untersuchungen an plasmonischen Nanostrukturen zur oberflächenverstärkten Infrarotspektroskopie:

Die oberflächenverstärkte Infrarotabsorption (SEIRA) basiert auf der Kopplung von molekularen Schwingungen mit resonant angeregten plasmonischen Nanostrukturen. In der vorliegenden Arbeit konnte der Einfluss der elektronischen Dämpfung sowie der Strahlungsdämpfung auf die plasmonischen Eigenschaften von Nanoantennen anhand von Untersuchungen mit den Metallen Kupfer, Gold, Silber, Aluminium und Eisen experimentell bestimmt werden. Zudem konnte die optimale Breite der Nanostrukturen für die SEIRA-Verstärkung in Abhängigkeit des jeweiligen Metalls determiniert werden, wobei diese Breite umso schmaler ist, je kleiner die elektronische Dämpfung im Metall ist. Mit Blick auf Anwendungen in der Sensorik wurde ein großflächig und homogen strukturiertes SEIRA-Substrat infrarotspektroskopisch charakterisiert. Das verwendete Substrat aus Kalk-Natron-Glas wurde mit Hilfe von Argon-Ionen strukturiert, wodurch sich beim Aufdampfen von Gold unter schrägem Einfallswinkel selbstorganisierte Nanostrukturen ausbilden. Deren höchst anisotrope Eigenschaften konnten festgestellt sowie ein durchschnittlicher Verstärkungsfaktor der Schwingungsbanden eines Testmoleküls im Bereich von 10³ abgeschätzt werden. Abschließend wurde eine konkrete Anwendung, die Detektion einzelner Feinststaubpartikel mit Abmessungen unter 240 nm, untersucht. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass die Kopplung von drei inversen Nanostrukturen in einer zusätzlichen Verstärkung resultiert, selbst wenn lediglich ein Partikel in der mittleren Nanostruktur lokalisiert ist. Zudem konnte ein einzelner ultrafeiner Partikel mit einem Durchmesser von 50 nm in einer inversen Nanostruktur detektiert werden, nachdem er mit Hilfe einer Rotationsbeschichtungstechnik in diese eingebracht wurde.

Investigations on Plasmonic Nanostructures for Surface-Enhanced Infrared Spectroscopy:

Surface-enhanced infrared absorption (SEIRA) is based on the coupling of molecular vibrations with resonantly excited plasmonic nanostructures. In the thesis at hand, the influence of the electronic damping as well as the influence of the radiation damping on the plasmonic properties of nanoantennas could be experimentally determined by means of investigations using the metals copper, gold, silver, aluminum, and iron. In addition, the nanoantennas’ optimum width for SEIRA enhancement could be determined as a function of the respective metal, resulting in a narrower width for smaller electronic damping. Regarding sensing applications, a homogeneously structured large area SEIRA substrate was characterized by infrared spectroscopy. The used soda lime glass substrate was structured by an argon ion sputtering technique, whereby self-assembled nanostructures are forming during the evaporation of gold under oblique incidence. Highly anisotropic properties could be determined, as well as an average enhancement factor of a test molecule’s vibrational bands in the order of 10³ could be estimated. Finally, a concrete application, the detection of individual fine particles with dimensions below 240 nm, was investigated. It could be demonstrated that the coupling of three inverse nanostructures is resulting in an additional enhancement, even though there is only one particle positioned in the center nanostructure. In addition, a single ultrafine particle with a diameter of 50 nm was detected in an inverse nanostructure after being manipulated into it by using a spin coating technique.