Nanostruktury pro pokročilé plazmonické aplikace

Abstract

Plazmonika, charakterizovaná spojením oscilací volných elektronů v kovech s elektromagnetickými vlnami, se dostala do popředí s pokroky v nanotechnologiích. Tato synergie vede k pozoruhodným vlastnostem objektů v nanoměřítku, vyznačujících se lokalizovaným a zesíleným elektromagnetickým polem. Tyto vlastnosti umožňují širokou škálu aplikací nanostruktur, zahrnujících biodetekci, zesilování emise, získávání solární energie a náhrazování optických komponent. Tato dizertační práce je zaměřena na aplikace plazmonických nanostruktur, primárně na plošné optické komponenty známé jako metapovrchy. Kromě toho zkoumá jejich použití ve fotokatalytických aplikacích, využívajících energetické horké nosiče náboje generované prostřednictvím plazmoniky. Dizertační práce začíná úvodem do teoretických základů plazmoniky, zdůrazněním klíčových parametrů řídících plazmonické vlastnosti a přehledem jejích nejpřesvědčivějších aplikací. Následně obsahuje čtyři experimentální části, které ukazují využití plazmonických nanostruktur pro různé účely, včetně ovládání fáze světla, dynamických metapovrchů, zkoumání efektů vnitřní krystalinity a využití horkých nosičů náboje ve fotoelektrochemických systémech. Tyto studie spojuje využití pokročilých nebo méně konvenčních materiálů, jako je oxid vanadičný nebo dichalkogenidy přechodných kovů, v oblasti plazmoniky a nanotechnologií.Plasmonics, characterized by the coupling of free electron oscillations in metals with electromagnetic waves, has come to the forefront with advancements in nanotechnology. This synergy results in remarkable properties of nanoscale objects, characterized by confined and enhanced electromagnetic fields. These features pave the way for a wide array of nanostructure applications, spanning biosensing, emission enhancement, solar energy harvesting, and optical component substitution. This dissertation is centered on the application of plasmonic nanostructures, primarily focusing on planar optical components known as metasurfaces. Additionally, it explores their use in photocatalytic applications, harnessing the energetic hot charge carriers generated through plasmonics. The dissertation begins with an introduction to the theoretical foundations of plasmonics, highlighting key parameters governing plasmonic properties and providing an overview of its most compelling applications. Subsequently, it comprises four experimental sections which show the utilization of plasmonic nanostructures for various purposes, including the phase of light control, dynamic metasurfaces, investigations of inner crystallinity effects, and the utilization of hot charge carriers in photoelectrochemical systems. These studies share a common theme of employing advanced or less conventional materials, such as vanadium dioxide or transition metal dichalcogenides, within the realms of plasmonics and nanotechnology.