BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUỐC GIA VỀ KHOA HỌC, CÔNG NGHỆ VÀ ĐỔI MỚI SÁNG TẠO

Lọc theo danh mục
  • Năm xuất bản
    Xem thêm
  • Lĩnh vực
liên kết website
Lượt truy cập
 Lượt truy cập :  30,275,142
  • Công bố khoa học và công nghệ Việt Nam

29

Vật lý nguyên tử, vật lý phân tử và vật lý hóa học

BB

Nguyễn Xuân Bách(1)

Thiết kế cấu trúc nano bạc tuần hoàn 2D tạo hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt vùng hồng ngoại gần ứng dụng cho cảm biến

Near-infrared plasmonic sensors based on surface plasmon resonances in two-dimensional metasurfaces of silver nanostructures

Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2024

9B

7-11

1859-4794

Cảm biến plasmonic, Cộng hưởng plasmon bề mặt, Đạo hàm hữu hạn trong miền thời gian.

Finite-difference time-domain, Plasmonic sensors, Surface plasmon resonance.

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng cấu trúc nano bạc (Ag) tuần hoàn 2D tạo hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt vùng hồng ngoại gần. Để làm rõ cơ chế cộng hưởng plasmon bề mặt của cấu trúc, lý thuyết cộng hưởng plasmon bề mặt định xứ và không định xứ đã được trình bày. Phương pháp đạo hàm hữu hạn trong miền thời gian (FDTD) được sử dụng để mô phỏng các tính chất quang của cấu trúc nano Ag sắp xếp tuần hoàn 2D và kiểm chứng kết quả tính toán lý thuyết thu được. Các tính toán, mô phỏng về sự phụ thuộc của cộng hưởng plasmon bề mặt vào chiết suất của môi trường xung quanh cho thấy cấu trúc được đề xuất nhạy với môi trường chất khí, với độ nhạy trung bình 1423,7 nm/RIU (đơn vị chiết suất) và hệ số phẩm chất (FOM) trung bình đặc trưng cho độ chọn lọc là 110,2 RIU-1. Các kết quả tính toán và mô phỏng làm nền tảng cho việc chế tạo các cảm biến chiết suất plasmonic vùng hồng ngoại gần nhạy với sự thay đổi nhỏ của môi trường xung quanh.

This paper presents the results of theoretical research and numerical simulation of two-dimensional (2D) metasurfaces of silver (Ag) nanostructures that enable the surface plasmon resonances in the near-infrared regions. To clarify the mechanism of surface plasmon resonance that appears in the designed structures under electromagnetism stimuli, the theory of localised surface plasmon resonance and propagating surface plasmon resonance was presented. The finite-difference time-domain (FDTD) method was used to simulate the optical properties of 2D periodically arranged Ag nanostructures and to verify the theoretical prediction results. Calculated and simulated results for the dependence of the surface plasmon resonance and the refractive index of the surrounding medium are performed and show that the proposed structure is sensitive to the gas environment, with an average sensitivity of 1423.7 nm/ RIU (refractive index unit) and the average quality factor (FOM) characterising the selectivity is 110.2 RIU-1. The calculation and simulation results provide a general guideline for plasmonic metasurface sensing device designs that are sensitive to small changes in the surrounding environment.

TTKHCNQG, CVv 8

Xem toàn văn
  • [1] T.K. Nguyen, T.D. Le, P.T. Dang, et al. (2017), “Asymmetrically engineered metallic nanodisk clusters for plasmonic Fano resonance generation”,,J. Opt. Soc. Am. B, DOI: 10.1364/JOSAB.34.000668.
  • [2] T.T. Hoang, T.S. Pham, X.B. Nguyen, et al. (2022), “High contrast and sensitive near-infrared refractive index sensors based on metal-dielectricmetal plasmonic metasurfaces”,,Phys. B Condens. Matter, DOI: 10.1016/j. physb.2021.413469.
  • [3] A. Taflove, S.C. Hagness, M.P. May (2005), Computational Electromagnetics: The Finite-Difference Time-Domain Method (Electrical Engineering Handbook),,Elsevier, DOI: 10.1016/B978- 012170960-0/50046-3.
  • [4] M.C. Daniel, D. Astruc (2004), “Gold nanoparticles: Assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology”,,Chem. Rev.,
  • [5] K.L. Kelly, E. Coronado, L.L. Zhao, et al. (2003), “The optical properties of metal nanoparticles: The influence of size, shape, and dielectric environment”,,J. Phys. Chem. B, DOI: 10.1021/jp026731y.
  • [6] T. Maurer, P.M. Adam, G. Lévêque (2015), “Coupling between plasmonic films and nanostructures: From basics to applications”,,Nanophotonics, DOI: 10.1515/nanoph-2014-0015.
  • [7] W.L. Barnes, A. Dereux, T.W. Ebbesen (2003), “Surface plasmon subwavelength optics”,,Nature, DOI: 10.1038/ nature01937.
  • [8] S.V. Boriskina, H. Ghasemi, G. Chen (2013), “Plasmonic materials for energy: From physics to applications”,,Mater. Today, DOI: 10.1016/j.mattod.2013.09.003.
  • [9] J.F. Li, C.Y. Li, R.F. Aroca (2017), “Plasmon-enhanced fluorescence spectroscopy”,,Chem. Soc. Rev., DOI: 10.1039/ C7CS00169.
  • [10] E. Mauriz, A. Calle, J.J. Manclús, et al. (2007), “Multi-analyte SPR immunoassays for environmental biosensing of pesticides”,,Anal. Bioanal. Chem., DOI: 10.1007/s00216-006-0800-z.
  • [11] Y. Yanase, T. Hiragun, T. Yanase, et al. (2013), “Application of SPR imaging sensor for detection of individual living cell reactions and clinical diagnosis of type I allergy”,,Allergol. Int., DOI: 10.2332/ allergolint.12-RA-0505.
  • [12] A. Prasad, J. Choi, Z. Jia, et al (2019), “Nanohole array plasmonic biosensors: Emerging point-of-care applications”,,Biosens. Bioelectron, DOI: 10.1016/j.bios.2019.01.037.
  • [13] Y. Cheng, Z. Li, Z. Cheng (2021), “Terahertz perfect absorber based on InSb metasurface for both temperature and refractive index sensing”,,Opt. Mater., 117, DOI: 10.1016/j.optmat.2021.111129.
  • [14] S.A. Maier (2007), Plasmonics: Fundamentals and Applications,,Springer, 234pp.
  • [15] M.I. Stockman (2011), “Nanoplasmonics: Past, present, and glimpse into future”,,Opt. Express, DOI: 10.1364/ OE.19.022029.