Dispersion control of surface plasmons

Abstract

Diese Arbeit zielt darauf ab, die Möglichkeiten zur Kontrolle von Oberflächen-Plasmonen durch unterschiedliche Nanostrukturierung zu erforschen. Im ersten Teil werden propagierende Oberflächenplasmonen an (geordneten und ungeordneten) nanoporösen Metallfilmen untersucht, die eine Rotverschiebung (bis zu 0,85 eV) der Dispersionsrelation mit zunehmender Porosität zeigen. Im zweiten Teil werden systematisch kollektive, lokalisierte Oberflächenplasmonen in Nanoantennenfeldern untersucht. Diese zeigen ebenfalls eine Rotverschiebung der Einzelpartikelresonanzen (von 800nm bis 1050nm) für ansteigende Partikelgrößen und Aspektverhältnisse. Darüber hinaus wurde eine dominante Gitterresonanz im nahen Infrarot bei Wellenlängen um 1400nm beobachtet, die aufgrund der kohärenten Fernfeldkopplung zwischen den periodisch angeordneten Nanoantennen entsteht. Werden lumineszierende Nanopartikel in der Umgebung der Nanoantennen platziert, so konnte eine 3,4 fache Erhöhung der Emission im Spektralbereich der Gitterresonanzen nachgewiesen werden.

This thesis is aimed to explore the possibilities to gain control over the surface plasmon responses by different nanostructuring. In the first part propagating surface plamons which are supported by (ordered and disordered) nanoporous metal films are explored showing a red shift (up to 0.85 eV ) in the dispersion relation with increasing porosity. In the second part nanoantenna arrays, which support collective localized surface plasmons are systematically studied showing a red shift in single particle spectra (from 800nm to 1050nm) for increasing sizes and/or increasing aspect ratios. Furthermore a dominant surface lattice resonance in the near IR around a wavelength of 1400nm has been observed, which emerges due to the coherent far field coupling between the periodically arranged nanoantennas. Placing nanoparticles in the vicinity of the nanoantennas an up to 3.4 times enhancement of the nanoparticle-emission in the spectral range of the surface lattice resonance is observed.