دانلود پایان نامه ارشد : برهمکنش پلاسمون-مولکول در نانوذره و نانومیله­ های فلزی

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته فیزیک

گرایش :اتمی و مولکولی

عنوان : برهمکنش پلاسمون-مولکول در نانوذره و نانومیله­ های فلزی

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

مقدمه

 

 

1-1- معرفی کلی:

 

پلاسمونیک[1] بخش عمده­ای از رشته جذاب نانو­فوتونیک است که به بررسی رفتار امواج در سطح جدایی محیط­ها­یی با تفاوت ضریب شکست بزرگ می­پردازد. این بر پایه فرآیند­های بر­همکنشی که بین تابش الکترو­مغناطیسی و الکترون­های رسانش در سطوح فلزی یا در نانو ساختار­های کوچک فلزی که سبب افزایش میدان نزدیک نوری[2] در ابعاد محدود طول موج می­شود،استوار شده است.

تحقیق در این ناحیه چگونگی اتفاق افتادن رفتار غیر منتظره را در صورتی که یک نا­پیوستگی یا یک ساختار کوچکتر از طول موج در محیط وجود داشته باشد را نشان می­دهد. زیبا­یی دیگر این رشته و زمینه، توضیح و بیان آن با فیزیک کلاسیک می­باشد به طوری که یک دانش کلی در زمینه الکترو­مغناطیس برای فهم جنبه­های اصلی پلاسمونیک کافی می­باشد.

پلاسما محیطی شامل دو نوع بار مثبت و منفی است که در آن تراکم بارهای مثبت و منفی برابر است و حداقل یک نوع از بارها متحرک هستند. مثلاً یک محیط فلزی را می­توان یک محیط پلاسما در نظرگرفت. در یک فلز الکترون­های رسانش که همان الکترون­های والانس اتم­ها هستند آزادانه در میان مغزی یونی مثبت در حرکتند و همچنین تراکم بارهای مثبت (مغزی یونی) و بارهای منفی (الکترون­های رسانش) در فلز برابر است، زیرا از لحاظ ماکروسکوپی، یک فلز خنثی است. بنابراین می­توان یک محیط فلزی را، یک محیط پلاسما در نظر گرفت.

یکجابه­جایی جمعی الکترون­های رسانش، نسبت به هسته­های یونی مثبت و ساکن، باعث جذب این الکترون­های جابه­جا شده توسط مغزی یونی مثبت باقی مانده در شبکۀ فلز می­شود و در نتیجه، یک نیروی بازگرداننده به این الکترون­ها وارد می­شود. این نیروی بازگردانندۀ وارد شده به الکترون­های جابه­جا شده، باعث نوسان جمعی این الکترون­ها حول مکانی می­شود که این الکترون­ها را، از آن مکان جابه­جا کرده­ایم. این نوسان جمعی الکترون­های رسانش محیط­های فلزی را، نوسان پلاسما می­نامند. کوانتم انرژی نوسان پلاسما، پلاسمون[3] نامیده می­شود. ما چنین پلاسمون­هایی را که در حجم فلز تشکیل می­شوند، پلاسمون­های حجمی می­نامیم تا بتوانیم آن­ها را از پلاسمون­های سطحی منتشر شونده و پلاسمون­های سطحی جایگزیده تمیز دهیم. امواج مربوط به پلاسمون­های حجمی، امواجی طولی هستند و به علت ماهیت طولی­شان، پلاسمون­های حجمی نمی­توانند با امواج الکترومغناطیسی عرضی جفت شوند. به همین دلیل نمی­توان پلاسمون­های حجمی را با استفاده از امواج الکترومغناطیسی برانگیخته کرد. پلاسمون­های حجمی را معمولاً با برخورد ذرات به فلز برانگیخته می­کنند. نوسان پلاسما در یک فلز در فرکانس معینی به نام فرکانس پلاسمای فلز رخ می­دهد. فرکانس پلاسمای اکثر فلزات، در محدودۀ فرابنفش است [1].

تعداد صفحه : 175

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید