Плазмонно-резонансні властивості багатошарових структур на основі Au, Cu, Ag та P(VDF-TrFE)
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.9.594Ключові слова:
поверхневий плазмонний резонанс, бiосенсор, P(VDF-TrFE), тонкi металевi плiвки, настроюваний сенсор, порушене повне внутрiшнє вiдбиванняАнотація
У роботi проведено теоретичне моделювання оптичного вiдгуку шаруватих металополiмерних структур, якi можуть бути використанi як плазмоннi сенсори. Розрахунок вiдбивання ними лiнiйного поляризованого свiтла проводився з використанням вiдомого матричного методу, що описує поширення електромагнiтного випромiнювання через послiдовнiсть однорiдних плоскопаралельних шарiв середовищ. Таким чином отримано та проаналiзовано кривi порушеного повного внутрiшнього вiдбивання структур, що мiстять металевi плiвки (Au, Cu або Ag) та полiмерний дiелектрик. Запропоновано новий сенсор, який матиме в своєму складi сегнетоелектричний кополiмер P(VDF-TrFE), що роздiляє металевi плiвки. Це може бути перспективною iдеєю для створення регульованих плазмонних сенсорiв. Розглянуто залежностi кутового положення поверхневого плазмонного резонансу вiд товщини шарiв структури, а також вiд показника заломлення середовища, яке контактує з вiльною поверхнею сенсора. Це дозволило здiйснити наближений пошук оптимальних конструктивних параметрiв сенсора, а саме, товщини металевих i полiмерних шарiв, та зробити висновки про їх результуючу чутливiсть i робочий дiапазон. Виявлено, що сенсори на основi однiєї металевої плiвки та пари плiвок, роздiлених полiмером, вiдрiзняються за чутливiстю в 1 ... 1,3 рази (одинарна металева плiвка демонструє бiльш швидкий резонансний зсув кута при змiнi показника заломлення дослiджуваної речовини). Встановлено, що використання Au, Cu або Ag не дає суттєвих вiдмiнностей у чутливостi сенсора з двома металевими шарами та полiмером, але найширшого дiапазону реєстрацiї показника заломлення серед них можна очiкувати вiд сенсора на основi Cu.
Посилання
B. Douzi. Protein-protein interactions: Surface plasmon resonance. Methods Mol. Biol. 1615, 257 (2017).
https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7033-9_21
K. Narayan, S.S. Carroll. SPR Screening. In Applied Biophysics for Drug Discovery. 1st edition. Edited by D. Huddler, E.R. Zartler (John Wiley & Sons Ltd, 2017).
https://doi.org/10.1002/9781119099512.ch6
W.M.E.M.M. Daniyal, Y.W. Fen, N.A.A. Anas, N.A.S. Omar, N.S.M. Ramdzan, H.Nakajima, M.A. Mahdi. Enhancing the sensitivity of a surface plasmon resonance-based optical sensor for zinc ion detection by the modification of a gold thin film. RSC Advances 9 (71), 41729 (2019).
https://doi.org/10.1039/C9RA07368J
Y. Song, M. Sun, H. Wu, W. Zhao, Q. Wang. Temperature sensor based on surface plasmon resonance with TiO2-Au-TiO2 triple structure. Materials 15, 7766 (2022).
https://doi.org/10.3390/ma15217766
A.D. Suprun, L.V. Shmeleva. Conditions changing for the surface plasmon resonance realization in optical sensors under the temperature influence. Eur. Phys. J. Plus 137, 580 (2022).
https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-022-02798-1
V.G. Kravets, R. Jalil, Y.-J. Kim, D. Ansell, D.E. Aznakayeva, B. Tchackray, L. Britnell, B.D. Belle, F. Withers, I.P. Radko, Z. Han, S.I. Bozhevolnyi, K.S. Novoselov, A.K. Geim, A.N. Grigorenko. Graphene-protected copper and silver plasmonics. Scientific Reports 4 (1), 5517 (2014).
https://doi.org/10.1038/srep05517
N. Andam, S. Refki, S. Hayashi, Z. Sekkat. Plasmonic mode coupling and thin film sensing in metal-insulator-metal structures. Scientific Reports 11, 15093 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41598-021-94143-2
K. Tiwari, S. Sharma, N. Hozhabri. Hafnium dioxide as a dielectric for highly-sensitive waveguide-coupled surface plasmon resonance sensors. AIP Advances 6, 045217 (2016).
https://doi.org/10.1063/1.4948454
V.G. Kravets, P.Y. Kurioz, L.V. Poperenko. Spectral dependence of the magnetic modulation of surface plasmon polaritons in permalloy/noble metal films. J. Opt. Soc. America B 31 (8), 1836 (2014).
https://doi.org/10.1364/JOSAB.31.001836
P.H. Berning. Theory and calculations of optical thin films. In: Physics of Thin Films. Edited by G. Hass (Academic Press, 1963) [ISBN: 0125330014].
K.M. Mc Peak, S.V. Jayanti, S.J.P. Kress, S. Meyer, S. Iotti, A. Rossinelli, D.J. Norris.. Plasmonic films can easily be better: Rules and recipes. ACS Photonics 2 (3), 326 (2015).
https://doi.org/10.1021/ph5004237
J.B. Maurya, Y.K. Prajapati. Influence of dielectric coating on performance of surface plasmon resonance sensor. Plasmonics 12 (4), 1121 (2016).
https://doi.org/10.1007/s11468-016-0366-3
L.V. Poperenko, A.L. Yampolskiy, O.V. Makarenko, O.I. Zavalistyi. Optimization of optical parameters of metal-dielectric heterostructures for plasmonic sensors formation. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 41 (6), 751 (2019).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
