Mô Phỏng Tính Chất Quang Học Của Hạt Nano Plasmonic Trong Cấu Trúc Siêu Mạng

• Tác giả: Lê Minh Đức
• Người hướng dẫn: TS. Đinh Sơn Thạch
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật
• Đề tài: Mô Phỏng Tính Chất Quang Học Của Hạt Nano Plasmonic Trong Cấu Trúc Siêu Mạng
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TONG QUAN
• 1.1. Mô hình xấp xi giả tĩnh cho kích thước hạt rất bé so với bước sóng
• 1.2. Độ tắt dan, độ hấp thu, độ tấn Xạ
• 1.3. Hiện tượng Localized Surface Plasmon Resonance
• 1.4. Cộng hưởng pÏaSImORIC
• 1.5. Sự phụ thuộc vào kích thước hạt nano
• 1.6. Su phụ thuộc vào hình dạng hat
• 1.7. Tương tác giữa các hat trong mạng hai chiỀu
• 1.8. Giới thiệu sơ lược hat nano vàng và cầu trúc siêu TẠnØ
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP MO PHONG BẰNG GIẢI THUAT RIGOROUS COUPLED WAVE ANALYSIS — RCWA
• 2.1. Giới thiệu ngăn gọn vai phương pháp mô phỏng
• 2.2. Giải thuật RCWWA
• 2.3. Triển khai giải thuật RCWA
• 2.4. Phương trình Maxwell
• 2.5. Hệ phương trình Maxwell sử dụng cho RCWA
• 2.6. Biểu diễn các thành phan trường và hàm điện môi bằng tập hợp các số
• 2.7. Khai triển hệ phương trình Maxwell trong không gian Fourier
• 2.8. Mô tả số học các phương trình Maxwell
• 2.9. Ma trận tấn Xạ
• 2.10. Thực hiện giải thuat
• 3. CHƯƠNG 3: CAC KET QUÁ TÍNH TOÁN CHO CÂU TRÚC MẠNG HAI CHIEU CUA HẠT NANO VÀNG
• 3.1. Mô hình khảo Sat
• 3.2. Khảo sát ảnh hưởng của chiết suất môi trường xung quanh lên pho hap thu
• 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của cau trúc hình thái lên phố hap thu
• 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của bán kính hạt lên phố hấp thu
• 3.5. Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao hạt lên phố hấp thu
• 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của nanogap lên phô hấp thu
• 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của hình dạng hạt lên phổ hap thu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• BÀI BAO TRONG KỲ YÊU HỘI NGHỊ

I. Tổng Quan Về Mô Phỏng Tính Chất Quang Học Của Hạt Nano Plasmonic

Mô phỏng tính chất quang học của hạt nano plasmonic trong cấu trúc siêu mạng là một lĩnh vực nghiên cứu đang thu hút sự chú ý lớn từ cộng đồng khoa học. Các hạt nano plasmonic như vàng và bạc thể hiện những tính chất quang học độc đáo nhờ vào hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Việc hiểu rõ về các tính chất này không chỉ giúp phát triển công nghệ mới mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong y học, cảm biến và năng lượng mặt trời.

1.1. Đặc Điểm Của Hạt Nano Plasmonic

Hạt nano plasmonic có kích thước nhỏ hơn bước sóng ánh sáng, dẫn đến hiện tượng Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR). Điều này tạo ra sự tương tác mạnh mẽ giữa ánh sáng và vật liệu, làm tăng cường điện trường tại bề mặt hạt.

1.2. Ứng Dụng Của Hạt Nano Plasmonic Trong Khoa Học

Các ứng dụng của hạt nano plasmonic rất đa dạng, từ cảm biến sinh học đến quang phổ tăng cường. Chúng có khả năng cải thiện độ nhạy của các thiết bị quang học và mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu vật liệu.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Tính Chất Quang Học Của Hạt Nano

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc nghiên cứu tính chất quang học của hạt nano plasmonic cũng gặp phải nhiều thách thức. Các yếu tố như kích thước, hình dạng và khoảng cách giữa các hạt có thể ảnh hưởng lớn đến kết quả mô phỏng và thực nghiệm.

2.1. Ảnh Hưởng Của Kích Thước Hạt Nano

Kích thước của hạt nano plasmonic là yếu tố quan trọng quyết định đến vị trí và độ mạnh của đỉnh LSPR. Nghiên cứu cho thấy rằng khi kích thước hạt giảm, các đỉnh LSPR có xu hướng dịch chuyển về phía bước sóng ngắn hơn.

2.2. Tác Động Của Hình Dạng Hạt Nano

Hình dạng của hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang học. Các hạt hình trụ, hình cầu hay hình lập phương sẽ có các đặc điểm quang học khác nhau, điều này cần được xem xét kỹ lưỡng trong mô phỏng.

III. Phương Pháp Mô Phỏng Tính Chất Quang Học Của Hạt Nano

Phương pháp mô phỏng là công cụ quan trọng trong việc nghiên cứu tính chất quang học của hạt nano plasmonic. Giải thuật Rigorous Coupled Wave Analysis (RCWA) là một trong những phương pháp hiệu quả nhất hiện nay.

3.1. Giới Thiệu Về Giải Thuật RCWA

Giải thuật RCWA cho phép mô phỏng chính xác các hiện tượng quang học trong cấu trúc tuần hoàn. Phương pháp này sử dụng các hàm điều hòa trong không gian Fourier để giải quyết các phương trình Maxwell.

3.2. Ứng Dụng RCWA Trong Mô Phỏng Hạt Nano

RCWA đã được áp dụng để mô phỏng phổ hấp thu của hạt nano plasmonic trong cấu trúc siêu mạng. Kết quả cho thấy sự thay đổi của các đỉnh LSPR phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của hạt.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Tính Chất Quang Học Của Hạt Nano

Kết quả từ mô phỏng cho thấy sự thay đổi rõ rệt của phổ hấp thu khi thay đổi các thông số như kích thước, hình dạng và khoảng cách giữa các hạt. Những phát hiện này có thể giúp tối ưu hóa các ứng dụng thực tiễn của hạt nano plasmonic.

4.1. Phổ Hấp Thu Của Hạt Nano Vàng

Mô phỏng cho thấy đỉnh hấp thu tại 510 nm không thay đổi, trong khi các đỉnh khác có xu hướng dịch chuyển ngược nhau khi thay đổi kích thước hạt. Điều này cho thấy sự tương tác phức tạp giữa các hạt trong cấu trúc siêu mạng.

4.2. Ảnh Hưởng Của Môi Trường Xung Quanh

Môi trường xung quanh cũng có ảnh hưởng lớn đến tính chất quang học của hạt nano plasmonic. Sự thay đổi chiết suất môi trường có thể làm thay đổi vị trí và độ mạnh của các đỉnh LSPR.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu Hạt Nano Plasmonic

Nghiên cứu về hạt nano plasmonic và tính chất quang học của chúng đang mở ra nhiều hướng đi mới trong khoa học vật liệu. Các kết quả từ mô phỏng và thực nghiệm sẽ là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu Hạt Nano

Với sự phát triển của công nghệ, nghiên cứu về hạt nano plasmonic sẽ tiếp tục phát triển, mở ra nhiều ứng dụng mới trong y học, cảm biến và năng lượng.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc hạt nano và khám phá các ứng dụng mới trong lĩnh vực quang học và vật liệu.