دانشگاه شیراز

دانشکده علوم

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته فیزیک (اتمی و مولکولی)

برهمکنش پلاسمون-مولکول در نانوذره و نانومیله­ های فلزی

استاد راهنما

دکتر حمید نادگران

شهریور ماه 1391

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

نانوبلور­های فلزات نوبل به خوبی خصوصیات پلاسمون­های سطحی جایگزیده را نشان می­دهند. پلاسمون­های سطحی نوسان جمعی الکترون­ها در فلزات می­باشند. هدف از این پایان نامه، بررسی برهم کنش پلاسمون­های ناشی از نانوبلور­های کروی، مکعبی و میله­ای شکل با مولکول­های بدون جذب و مقایسه آن با نتایج تجربی می­باشد. از این خصوصیت می­توان برای ساخت حسگر­های ضریب شکست در ابعادنانو استفاده کرد. برانگیخته شدن پلاسمون­های سطحی جایگزیده، خود را به عنوان یک افزایش قابل توجه در طیف خاموشی نانوبلور، در طول موج تشدید پلاسمونی نشان می­دهد. بنابراین برای بررسی برهم کنش پلاسمون-مولکول، نیازمند بررسی عوامل موثر بر طول موج تشدید پلاسمونی، از طریق طیف خاموشی آن می­باشیم. این کار برای سه نوع نانوبلور معرفی شده انجام و نتایج با نتایج تجربی در دسترس مقایسه شده­اند. علاوه بر این، این کار برای نانوبلور­ها با لایه­ای بر روی آن، به منظور بررسی تاثیر یک لایه پلیمری یا پروتئینی بر سطح نانوبلور انجام شده است. نتایج به دست آمده نشان می­دهند که طول موج تشدید پلاسمونی به شکل، ساختار و ابعاد نانوبلور و همچنین ضریب شکست محیط اطراف وابسته می­باشد. برای نانوبلور پوشیده شده نیز ضخامت و ضریب شکست لایه بر روی آن عوامل موثر بر طول موج تشدید پلاسمونی می­باشند

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصلاول: 1

1-1- معرفیکلی: 2

1-1-1- انواعپلاسمونها: 4

1-2- تاریخچه: 6

1-3- کاربردهایپلاسمونیک… 9

فصلدوم: 12

2-1- خواصنوریفلزات.. 13

2-1-1 معادلاتماکسولوانتشارامواجالکترومغناطیسی: 13

2-1-2- مدلدرود-سامرفلد: 16

2-1-3- انتقالبیننواری: 18

2-2- پلاسمونهایانتشاری: 20

2-2-1-موجمحوشونده: 20

2-2-2- پلاریتون-پلاسمونسطحی.. 22

2-3- برانگیختگیپلاریتون-پلاسمونهایسطحی: 26

2-3-1- جفتشدگیبااستفادهازمنشور: 26

2-3-2- جفتشدگیبهوسیلهتوری: 28

2-3-3- برانگیختگیمیداننزدیک: 30

2-4- نانوپلاسمونیک… 31

2-5- حسگرزیستی: 32

2-5-1- ساختحسگرزیستیبااستفادهازپلاسمونسطحیجایگزیده 37

2-5-2- حسگرآنسامبلی.. 38

2-5-3- حسگرتکنانوبلور 38

فصلسوم: 41

3-1- انواعمولکول: 42

3-2- تشدیدپلاسمونیوابستهبهضریبشکست: 44

3-3- جفتشدگیتشدید: 45

3-3- افزایشسطحیپراکندگیرامان(SERS): 48

3-3-1- پراکندگیرامان: 48

3-3-2- افزایشسطحی: 50

3-4- افزایشپلاسمونیفلورسانس: 51

فصلچهارم: 55

4-1- تصحیحمدلدرودبرایابعادنانو. 56

4-2- پراکندگی،جذبوخاموشی.. 59

4-2-1- تقریبدوقطبی: 61

4-2-2- تئوریسطحمقطعنوریبرایپراکندگیامواجالکترومغناطیسی: 62

4-3- تقریبدوقطبیبرایسهشکلنانوبلور 65

4-3-1- پذیرفتاریالکتریکییکذره 65

4-3-2- خواصکلی.. 68

4-3-3- تانسورقطبشپذیری.. 71

4-3-4- محاسبهسطحمقطعخاموشیدرتقریبدوقطبی: 72

4-3-5- ثابتدیالکتریکمتوسط.. 73

4-3-6- تقریبدوقطبیبرایکره: 74

4-3-7- تقریبدوقطبیبراینانومیله: 75

4-3-8- تقریبدوقطبیبرایمکعب: 76

4-4- تئوریمی: 77

4-4-1-بسطموجتختدرهارمونیکهایکرویبرداری: 82

4-4-2- میدانهایداخلیوپراکندهشده: 85

4-4-3- توابعوابستهزاویهای: 87

4-4-4- ضرایبپراکندگی: 88

4-4-5- محاسبهسطحمقطع: 90

4-4-6- تئوریمیبرایکرهپوشیدهشده: 91

4-5- اصلهویگنس: 92

4-6- محاسبهسطحمقطعخاموشیبرایاستوانهمحدود. 98

4-6-1- امواجاستوانهای: 98

4-6-2- بسطموجتختدرهارمونیکهایاستوانهایبرداری: 100

4-6-3- پراکندگیازاستوانهمحدودبااستفادهازتقریباستوانهنامحدود. 102

4-6-5- محاسبهسطحمقطعخاموشی: 105

فصلپنجم: 113

5-1: تاثیرساختارنانوبلوربرطولموجتشدیدپلاسمونی.. 114

5-1-1- نانوکره: 115

5-1-2: نانومکعب.. 117

5-1-3- نانومیله. 118

5-2- تاثیرابعادنانوکریستالبرطولموجتشدیدپلاسمونی.. 120

5-2-1- نانوکره 120

5-2-2- نانومکعب: 123

5-2-3- نانومیله. 124

5-3- تاثیرضریبشکستبرطولموجتشدیدپلاسمونی: حساسیتضریبشکست.. 126

5-3-1- نانوکره 127

5-3-2- نانومکعب.. 129

5-3-3- نانومیله. 130

5-4- تاثیرلایهپوشانندهبرطولموجتشدیدپلاسمونی.. 133

5-4-1- تاثیرضخامتلایهپوشانندهبرطولموجتشدیدپلاسمونی.. 134

5-4-2- تاثیرضریبشکستلایهپوشانندهبرطیفخاموشی. 137

5-5- نتایجوپیشنهادات.. 139

5-5-1- نتایج. 139

5-5-2- پیشنهادات.. 141

فهرستمنابع. 142

پیوستI: 150

ABSTRACT. 155

فهرست جدول­ها

عنوان و شماره                                                                                                        صفحه

جدول 4- 1:مقادیرnوcبرایمکعب… 77

جدول 5- 1: پارامترهایمدلدرود-سامرفلدبرایفلزاتطلاونقره. 114

جدول 5- 2: مقادیرطولموجتشدیدپلاسمونیبرایدوروشمورداستفادهبرایکرهباقطر 15 نانومتر. 116

جدول 5- 3: مقادیرطولموجتشدیدپلاسمونیشکل 5-2.. 117

جدول 5- 4: مقادیرطولموجتشدیدپلاسمونیبرایشکل 5-3.. 118

جدول 5- 5: مقادیرطولموجتشدیدپلاسمونیبرایدوروشمورداستفادهبرایکرهباقطر 15 نانومتر. 119

جدول 5- 6: مقادیربهدستآمدهبرایشعاعبهینهدرشکلهای (5-7) و (5-8). 123

جدول 5- 7: مقادیرطولموجتشدیدپلاسمونیبراینانومیلهبانسبتطولبهعرضمتفاوتومقایسهبانتایجتجربی.. 126

جدول 5- 8: مقادیرمحاسبهشدهبرایحساسیتضریبشکستبراینانوکرهباقطر 15 نانومتر. 128

جدول 5- 9: مقادیرمحاسبهشدهبرایحساسیتضریبشکستبراینانومکعبباطول 44 نانومتر. 130

جدول 5- 10: مقادیرمحاسبهشدهبرایحساسیتضریبشکستبراینانومیله. 133

جدول 5- 11: مقادیرطولموجتشدیدپلاسمونیبرایکرهومیلهپوشاندهشده. 138

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل1‑1: نمودارتعدادمقالاتحاویواژهپلاسمونسطحیدرهرسال.. 7

شکل 2- 1: نمودارقسمتحقیقی (بالا) وموهومی (پایین) تابعدیالکتریکفلزطلا.. 19

شکل 2- 2: سطحمشترکدومحیطباضریبشکستمتفاوت… 23

شکل 2- 3:نمودارمعادلهپاشندگیپلاریتون-پلاسمونسطحیبرایدیالکتریکهواوشیشه. 25

شکل 2- 4: نمودارپاشندگیپلاریتون-پلاسمونسطحیبراینشاندادنچگونگیبرانگیختگیآنهابااستفادهازمنشور. 27

شکل 2- 5: استفادهازمنشوربرایبرانگیختگیپلاریتون-پلاسمونسطحی. 28

شکل 2- 6: استفادهازتوریبرایبرانگیختگیپلاریتون-پلاسمونسطحی.. 29

شکل 2- 7: نمایششماتیکروشبرانگیختگیمیداننزدیک…. 30

شکل 2- 8: نمایششماتیکتولیدپلاسمونسطحیجایگزیده. 31

شکل 2- 9: راست: عملکردحسگربااستفادهازمدولاسیونطولموج. چپ: عملکردحسگربااستفادهازمدولاسیونزاویهای.. 34

شکل 2- 10: اصولساختحسگربرپایهپلاریتون-پلاسمونسطحی. 36

شکل 2- 11: تغییراتطولموجتشدیدپلاسمونینسبتبهضخامتلایهپروتئینی.. 37

شکل 2- 12: نتایجبهدستآمدهبرایحسگرتکنانوبلور. 39

شکل 3- 1: نمودارشماتیکضریبشکستسهنوعمولکولمعرفیشده. 43

شکل 3- 2:طیفخاموشیبرایششنانومیلهبانسبتطولبهعرضمتفاوتوتاثیرمولکولهاینوعدوم. 46

شکل 3- 3: نمودارجابجایپلاسمونیبرحسبفاصلهمولکولازسطحنانوبلور. 47

شکل 3- 4: a)شکلشماتیکپراکندگیرامان. b)تابشاستوکس. c)تابشآنتیاستوکس…. 49

شکل 3- 5:A) نانوآنتنطلایبوتیدرقالبپلاسمابهصورتشماتیک. B) افزایششدتمیدانالکتریکیاطرافنانوآنتن. C) افزایششدتفلورسانسبرحسباندازهگافبوتی   52

شکل 4- 1: شکلشماتیکبرخوردموجالکترومغناطیسیبههدفومیدانپراکندهشدهدرسطحکرهفرضیبهشعاعr. 63

شکل 4- 2:نمایششماتیکتعریفتابعدیالکتریکبرایذرهولایهرویآن.. 73

شکل 4- 3:شکلشماتیکنانومیله. 75

شکل 4- 4: نمودارمقادیرnوcبرایمکعب [84]. 77

جدول 4- 1:مقادیرnوcبرایمکعب… 77

شکل 4- 5: پراکندگیالکترومغناطیسیبوسیلهمنبعJدرداخلحجمفرضی.. 93

شکل 5- 1: منحنیطیفخاموشینانوکرهباقطر 15 نانومتر. 115

شکل 5- 2: منحنیطیفخاموشینانوکرهباترکیباتمتفاوتنقره. 116

شکل 5- 3: منحنیطیفخاموشینانومکعبباترکیباتمتفاوتنقره. 118

شکل 5- 4: طیفخاموشینانومیلهبانسبتطولبهعرض4/2 برایفلزاتطلاونقره. 119

شکل 5- 5: طیفخاموشینانوکرهباشعاع¬هایمتفاوتبرایفلزاتطلاونقرهبااستفادهازروشدوقطبی.. 121

شکل 5- 6: طیفخاموشینانوکرهباشعاع¬هایمتفاوتبرایفلزاتطلاونقرهبااستفادهازتئوریمی.. 121

شکل 5- 7: منحنیمقدارببیشینهطیفخاموشینسبتبهشعاعنانوکرهبااستفادهازتئوریمی.. 122

شکل 5- 8: منحنیمقداربیشینهطیفخاموشینسبتبهشعاعنانوکرهباترکیباتمتفاوتطلاونقره. 122

شکل 5- 9: طیفخاموشینانومکعبباابعادمتفاوتبرایفلزاتطلاونقره. 124

شکل 5- 10: طیفخاموشینانومیلهبانسبتهایطولبهعرضمتفاوتبااستفادهازتقریبدوقطبی.. 125

شکل 5- 11: طیفخاموشینانومیلهبانسبت¬هایطولبهعرضمتفاوتبااستفادهازاصلهویگنس…. 125

شکل 5- 12: طیفخاموشینانوکرهبرایدوضریبشکستمتفاوتبرایمحیط… 127

شکل 5- 13: منحنیجابجاییپلاسمونینسبتبهتغییراتضریبشکستمحیطاطرافبرایمحاسبه. 128

شکل 5- 14: طیفخاموشینانومکعببرایدوضریبشکستمتفاوتبرایمحیط… 129

شکل 5- 15: منحنیجابجاییپلاسمونینسبتبهتغییراتضریبشکستمحیطاطرافبرایمحاسبهحساسیتضریبشکستبراینانومکعب    130

شکل 5- 16: طیفخاموشینانومیلهبرایدوضریبشکستمتفاوتمحیطبااستفادهازتقریبدوقطبی.. 131

شکل 5- 17: طیفخاموشینانومیلهبرایدوضریبشکستمتفاوتمحیطبااستفادهازاصلهویگنس…. 131

شکل 5- 18: منحنیجابجاییپلاسمونینسبتبهتغییراتضریبشکستمحیطاطرافبرایمحاسبهحساسیتضریبشکستبراینانومیلهبااستفادهازتقریبدوقطبی   132

شکل 5- 19:منحنیجابجاییپلاسمونینسبتبهتغییراتضریبشکستمحیطاطرافبرایمحاسبهحساسیتضریبشکستبراینانومیلهبااستفادهازاصلهویگنس     132

شکل 5- 20: طیفخاموشینانوکرهپوشاندهشدهباضخامتهایمتفاوتازلایه. 134

شکل 5- 21: منحنیجابجاییپلاسمونیبرحسبتغییراتنسبتضخامتلایهبهشعاعنانوکرهباشعاع 40 نانومتر. 135

شکل 5- 22: منحنیجابجاییپلاسمونیبرحسبتغییراتنسبتضخامتلایهبهشعاعنانوکرهباشعاعهایمختلفنانوکره. 136

شکل 5- 23: طیفخاموشینانومکعبپوشاندهشدهباضخامت¬هایمتفاوتازلایه. 137

شکل 5- 24: طیفخاموشینانوکرهپوشاندهشدهباضریبشکست¬هایمتفاوت… 138

شکل 5- 25: طیفخاموشینانومیلهپوشاندهشدهباضریبشکست¬هایمتفاوت… 138

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.