Investigation of plasmonic structures by light and electron microscopy - contributions to an efficient numerical treatment

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Berechnung plasmonischer Eigenschaften metallischer Nanopartikel. Ein Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung etablierter Verfahren zur Simulation von Experimenten an sphäroidalen Silberteilchen. Die so gewonnenen Daten dienen zur Interpretation experimentell gewonnener Daten, bei denen Laserstrahlung gezielt zur Verformung der Teilchen eingesetzt wurde. Der andere Teil der Arbeit behandelt die Simulation von Elektronenmikroskopie-Experimenten an metallischen Nano-Teilchen. Sowohl Elektronenenergie-Verlustspektroskopie als auch Kathodolumineszenz-Experimente liefern detaillierte Informationen über die plasmonischen Eigenschaften einzelner Nano-Teilchen. Es werden zwei etablierte Maxwell-Löser erweitert um diese Experimente simulieren zu können. Es werden Ergebnisse für Teilchenformen von theoretischem Interesse als auch experimentell relevante Formen präsentiert. Auch werden theoretische und experimentelle Ergebnisse verglichen.

This thesis deals with the calculation of the plasmonic properties of metallic nano-particles. One part deals with the application of well established methods to the simulation of experiments involving spheroidal silver nano-particles. These particles can be transformed in a well defined manner using laser irradiation. The simulation results are used to support the model of the transformation process. The other part of the thesis deals with the simulation of electron microscopy experiments. Both, electron energy loss spectroscopy, as well as cathodoluminescence spectroscopy can be used to study the plasmonic properties of even single nano-particles in experiments. We extend two Maxwell-solvers to be applicable to the simulations of such experiments, the T-Matrix Method and the Discontinuous Galerkin Time-Domain method. Results for both, particle shapes of theoretical interest, as well as shapes inspired by experiments are presented and also compared against experimental results.