Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Rigorous optical modelling of long-wavelength infrared photodetector with 2D subwavelength hole array in gold film

Janaszek Andrzej, Wróbel Piotr, Dems Maciej, Ceylan Omer, Gurbuz Yasar, Kubiszyn Łukasz, Piotrowski Józef, Kotyński Rafał

Opto-Electronics Review

|

2024

|

Vol. 32, No. 1

art. no. e148831

EN

The quantum efficiency of an InAs/InAsSb type-II superlattice (T2SL) high operating temperature (HOT) long-wavelength infrared (LWIR) photodetector may be significantly improved by integrating a two-dimensional subwavelength hole array in a metallic film (2DSHA) with the detector heterostructure. The role of the metallic grating is to couple incident radiation into surface plasmon polariton (SPP) modes whose field overlaps the absorber region. Plasmon-enhanced infrared photodetectors have been recently demonstrated and are the subject of intensive research. Optical modelling of the three-dimensional detector structure with subwavelength metallic components is challenging, especially since its operation depends on evanescent wave coupling. Our modelling approach combines the 3D finite-difference time-domain method (FDTD) and the rigorous coupled wave analysis (RCWA) with a proposed adaptive data-point selection for calculation time reduction. We demonstrate that the 2DSHA-based detector supports SPPs in the Sommerfeld-Zenneck regime and waveguide modes that both enhance absorption in the active layer.

2

Plazmoniczne ogniwa fotoelektrochemiczne

Jakubowska Małgorzata, Parzuch Aleksandra, Bieńkowski Krzysztof, Solarska Renata, Wróbel Piotr

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2023

|

Vol. 72, nr 3

53--64

PL

Wciąż rosnące globalne zapotrzebowanie na czystą energię wymusza opracowanie technologii wytwarzania jej wydajnych i odnawialnych źródeł. Jednym z kierunków rozwoju są cienkowarstwowe układy fotowoltaiczne pozwalające na wydajną konwersję energii słonecznej na elektryczną lub chemiczną i wykorzystanie jej do produkcji wodoru, który jest jednym z najbardziej obiecujących pierwiastków do magazynowania „zielonej energii”. wydajność układów fotowoltaicznych determinowana jest m.in. własnościami półprzewodnika, w którym następuje absorpcja światła i generacja par elektron-dziura. efektywność tego procesu może zostać podniesiona dzięki wykorzystaniu powierzchniowego rezonansu plazmonowego wzbudzonego na nanocząstkach metalicznych umieszczonych na powierzchni lub wewnątrz materiału aktywnego. kolektywne drgania plazmy elektronowej wzbudzone w nanocząstce prowadzą do pułapkowania i wzmocnienia pola elektromagnetycznego, które rezonansowo rozproszone do warstwy aktywnej podnosi absorpcję w ogniwie. dobór materiału, rozmiaru oraz kształtu nanocząstek pozwala na widmowe strojenie absorpcji w układzie. celem badań w tej pracy jest poprawa wydajności ogniw z elektrodami z tlenku miedzi dzięki zastosowaniu nanocząstek srebra domieszkowanego palladem. nanocząstki wytworzono metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej. wykonane struktury charakteryzowano optycznie za pomocą spektrofotometrii oraz mikroskopii SEM. Przeprowadzone prace wykazują wzrost wydajności ogniwa zależny od kształtu oraz wielkości wykorzystanych nanocząstek. najlepsze wyniki uzyskano dla układów poddanych wygrzewaniu po osadzeniu nanocząstek, co skutkuje poprawą ich trwałości chemicznej i odpowiedzi optycznej.

EN

The constantly growing global demand for clean energy forces the development of technologies producing efficient and renewable energy sources. one direction of development is thin-film photovoltaic systems that allow for the efficient conversion of solar energy to electrical or chemical energy and their usage in production of hydrogen, which is one of the most promising elements for storing green energy. The efficiency of photovoltaic systems is determined, among others factors, by properties of a semiconductor in which light is absorbed and electron-hole pairs are generated. The efficiency of this process can be increased by using surface plasmon resonance induced on metallic nanoparticles located on the surface or inside the active material. collective oscillations of the electron plasma excited in the nanoparticle lead to trapping and enhancement of the electromagnetic field, which, resonantly scattered to the active layer, increases the absorption in the cell. The selection of the material, size and shape of the nanoparticles allows spectral tuning of the absorption in the system. This study aims to improve the efficiency of electrochemical cells with copper oxide electrodes by incorporating silver nanoparticles doped with palladium. The nanoparticles were prepared using physical vapour deposition. The fabricated structures were optically characterised by spectrophotometry and SEM microscopy. The conducted research demonstrates an increase in cell efficiency depending on the shape and size of the applied nanoparticles. The best results were obtained for systems subjected to post-deposition annealing, resulting in improved chemical stability and optical response of nanoparticles.

3

Kubit fizyczny

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 3

20--27

PL

Kubit fizyczny, na potrzeby niniejszych rozważań, można zdefiniować jako izolowany obiekt kwantowy o dwóch statystycznie superponowanych stanach kwantowych, który posiada potencjał aplikacyjny (funkcjonalny) jako kubit logiczny. Czas koherencji kubitu fizycznego (czas życia, czas istnienia w stanie superpozycji) musi być odpowiednio długi, aby umożliwić zastosowania praktyczne. Czas życia kubitu w stanie koherencji jest określony przez procesy dekoherencji środowiskowej. Kubit (logiczny) w obszarze kwantowej teorii informacji jest elementarną jednostką informacji kwantowej, analogiem do skalarnego bitu. W odróżnieniu od unormowanej skalarnej wartości bitu 0 lub 1, kubit jest wektorem unormowanym (ale nie w dwuwymiarowej przestrzeni Euklidesa) w dwuwymiarowej przestrzeni Hilberta o bazie ortonormalnej {|0>, |1>}, q=α|0>+β|1>, gdzie α, β są unormowanymi |α²|+|β²|=1 liczbami zespolonymi i statystycznymi amplitudami stanów kwantowych. W notacji Diraca |0>=[1,0], |1>=[0,1]. Pomiar powoduje kolaps koherentnego stanu kwantowego będącego statystyczną superpozycją stanów składowych do stanu dyskretnego z prawdopodobieństwami |α²| dla stanu |0>, i |β²| dla stanu |1>. Tak zdefiniowany logicznie kubit musi być wykonany fizycznie na realizowalnych, stabilnych, dwupoziomowych obiektach kwantowych. Jako kubity fizyczne stosuje się np. cząstki o spinie ½, elektron, polaryzację pojedynczego fotonu, izolowane pojedyncze atomy neutralne i jony, ale także kubity syntetyczne jak kolorowe centra wakancyjne w kryształach, kropki kwantowe, oraz emergencje kwantowe jak kwazicząstki i kwantowe pobudzenia kolektywne np. plazmoniczne.

EN

The physical qubit, for the purposes of these considerations, can be defined as an isolated quantum object with two statistically superposed quantum states, which has an application (functional) potential as a logical qubit. The coherence time of the physical qubit (lifetime, lifetime in superposition) must be long enough to allow for practical applications. The lifetime of a qubit in a coherence state is determined by the processes of environmental decoherence. The (logical) qubit in the field of quantum information theory is an elementary unit of quantum information, analogous to a scalar bit. Unlike a normalized scalar bit value of 0 or 1, a qubit is a normed vector (but not in a two-dimensional Euclid space), in a two-dimensional Hilbert space with an orthonormal basis {|0>,|1>}, q = α | 0> + β | 1>, where α, β are normalized |α²|+|β²|=1 complex numbers and statistical amplitudes of quantum states. In Dirac notation, |0>=[1,0], |1>=[0,1]. The measurement causes a collapse of a coherent quantum state which is a statistical superposition of the component states to the discrete state with the probabilities |α²| for the state |0>, and |β²| for state |1>. Such a logically defined qubit must be physically realized on stable, two-level quantum objects. Physical qubits are e.g. spin ½ particles, electrons, single photon polarization, isolated neutral atoms, and ions, but also synthetic qubits such as coloured vacancy centres in crystals, quantum dots, and quantum emergencies such as quasiparticles and quantum collective stimulations, e.g. plasmonic.

4

Tuning the localized surface plasmon resonance of "core-shell Ag nanoparticles on dielectric substrates" to near-infrared window: applications to surface-enhanced Raman spectroscopy

Salimian Sina, Soofi Hadi

Optica Applicata

|

2020

|

Vol. 50, nr 3

343--355

EN

In this article, plasmonic characteristics of SiO2-Ag and hollow core Ag nanoparticles placed on dielectric substrates are investigated and tuned to the NIR wavelength spectrum for biological applications. It is shown that by placing the core-shell Ag nanoparticles on a dielectric substrate and exciting the normal plasmon mode of the nanoparticle, it is possible to obtain strong plasmon resonances at wavelengths as long as λ = 700 nm which exhibits a red shift of more than 300 nm compared to the resonance of freestanding pure Ag nanoparticles at which normal plasmon resonance wavelength shows a sensitivity of approximately 100 nm/RIU in respect to the substrate refractive index change. “SiO2-Ag and hollow core Ag nanoparticles on silicon” are optimized to exhibit a strong normal plasmon resonance at λ = 633 nm while preserving the plasmonic field enhancement intact. Finally, a three dimensional substrate for surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) is designed and numerically investigated. The substrate is composed of Si nanorod array decorated with the designed nanoparticles which exhibits superior characteristics such as a uniform and gapless field enhancement and an electromagnetic enhancement factor of more than 3 × 106, an order of magnitude higher than the enhancement factor for a similar structure decorated with Au nanoparticles.

5

Parametry konwersji fotowoltaicznej dla fotoogniw plazmonicznych na bazie ZnO z nanocząstkami srebra i złota

Gwóźdź K., Płaczek-Popko E., Zielony E., Gumienny Z., Pietruszka R., Witkowski B. S., Kopalko K., Godlewski M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2016

|

R. 92, nr 9

36--38

PL

W pracy zbadano struktury fotowoltaiczne na bazie nanosłupków tlenku cynku pokrytych warstwą ZnMgO, a następnie warstwą ZnO:Al (AZO). Nanosłupki zostały wytworzone na podłożu krzemowym i pokryte nanocząstkami złota lub srebra. Z pomiarów transmisji i odbicia wywnioskowano, że próbki z nanocząstkami srebra odbijają znaczną ilość światła w zakresie widzialnym, co powoduje spadek wydajności kwantowej w tym zakresie. W podczerwieni próbki z nanocząstkami mają wyższą wydajność kwantową niż próbka referencyjna bez nanocząstek. Stwierdzono, że próbka z nanocząstkami złota ma najwyższą wydajność kwantową w całym zakresie czułości 400-800 nm. Ponadto jej sprawność osiąga również najwyższą wartość – 5,79%.

EN

In this article photovoltaic structures based on ZnO nanorods covered with ZnMgO and ZnO:Al (AZO) layers were studied. The nanorods were grown on sillicon and covered with gold or silver nanoparticles. From the transmission and reflection measurments it was concluded that the samples with silver nanoparticles reflect more light in the visible spectra, which cause the decrease in external quantum efficiency for this wavelength range. In the infrared range the samples with nanoparticles have higher external quantum efficiency than the referance sample without the nanoparticles. It was also concluded, that the sample with gold nanoparticles have the highest external quantum efficiency in the wavelength range from 400-800 nm. Furthermore, the sample has the highest efficiency – 5.79%.

6

Analysis of the arm spacing effect on symmetric and asymmetric Y-shape optical power splitters: plasmonic interactions between gold nanorings

Ahmadivand A.

Optica Applicata

|

2014

|

Vol. 44, nr 1

123--133

EN

In this paper, we investigated specific properties and features of several kinds of Y-splitters based on gold nanorings arrays which are surrounded by SiO2 host substance, to be used at C-band spectrum (λ ~ 1550 nm). The comparison between two kinds of splitters shows that the symmetric splitter demonstrates better performance than the asymmetric splitter at given wavelength with high efficiency and transmittance (power ratio). Calculations proved that the transmitted power percentage was approximately ~47.5% in the well-organized splitter. It is shown that the offset distance plays an important role in the quality of the optical energy division and transmission through the plasmonic waveguide. The influence of increasing and decreasing in the offset distance was demonstrated numerically by snapshots. Hence, choosing and determining the appropriate value for the offset distance lead to the structure with lower losses and higher percentage in energy transmission. Ultimately, the optical behavior of an asymmetric nanostructure with unequal distances between the arms and the main array is investigated and its applications and possible purposes are introduced.

7

Przegląd metod otrzymywania materiałów plazmonicznych oraz wybranych alternatywnych materiałów

Korzeb K., Gajc M., Pawlak D.

Materiały Elektroniczne

|

2014

|

T. 42, nr 2

18--29

PL

Praca przedstawia przegląd literaturowy dotyczący technologii otrzymywania materiałów plazmonicznych oraz propozycji materiałów alternatywnych do obecnie stosowanych materiałów w obszarze plazmoniki. W analizie literaturowej przedstawiono porównanie metod top-down i bottom-up do otrzymywania materiałów plazmonicznych w postaci warstw, jak również jako materiałów objętościowych. Dodatkowo wybrano potencjalnie najkorzystniejsze alternatywne materiały plazmoniczne, które mogą zastąpić współcześnie używane materiały konwencjonalne stosowane w dziedzinie plazmoniki.

EN

In this work we reviewed the fabrication methods of both plasmonic materials and novel alternative materials for plasmonics. The analysis of the literature enabled a comparison of 'top-down' and 'bottom-up' preparation methods of plasmonic materials, in the form of layers as well as bulk materials. In addition, potentially the best alternative plasmonic materials which can replace conventional materials for plasmonics are proposed.

8

Generacja plazmonów polarytonów powierzchniowych na strukturach periodycznych

Roszkiewicz A.

IPPT Reports on Fundamental Technological Research

|

2013

|

nr 3

1--166

PL

Niniejsza praca dotyczy generacji plazmonów polarytonów powierzchniowych (SPP) na asymetrycznych periodycznych strukturach metalowych. Przedstawiono wyniki numeryczne obrazujące działanie nowej konfiguracji jednowymiarowej struktury dyfrakcyjnej umożliwiającej kontrolę kierunku propagacji energii przy powierzchni przy zachowaniu padania normalnego. Warstwowa struktura składa się z dwóch różnych metalowych siatek, zanurzonych w różnych dielektrykach. Pokazano, że nawet niewielka zmiana ich przesunięcia względnego bądź zmiana kontrastu dielektrycznego może powodować zmianę kierunku propagacji energii w polu bliskim. Efekt ten może być wykorzystany przy projektowaniu urządzeń optycznych. W pracy przedstawiono także zarys metody numerycznej RCWA oraz rozszerzeń, na podstawie których opracowany został wszechstronny i zaawansowany kod numeryczny pozwalający na symulację oddziaływania pola elektromagnetycznego (EM) z wielowarstwową strukturą periodyczną o dowolnym profilu. Program umożliwia symulację padania, pod dowolnym kątem, fali płaskiej o dowolnej polaryzacji liniowej, bądź wiązki o dowolnym rozkładzie amplitudy i fazy. Możliwe jest także obliczenie spektralnych współczynników odbicia i transmisji, zależności dyspersyjnych, oraz wizualizacja rozkładu składowych pola w dowolnej płaszczyźnie. Przedstawione zostały także teoretyczne podstawy generacji i propagacji SPP. Przeprowadzono analizę modów cząstkowych wzbudzanych na metalowej strukturze jednowarstwowej pod kątem oddziaływania międzymodowego oraz transformacji modów zlokalizowanych w zdelokalizowane i ich wpływu na kierunek przepływu energii przy powierzchni. Zidentyfikowane zostały mody struktury dwuwarstwowej, ich wzajemne oddziaływanie oraz ich wpływ na odpowiedź optyczną całej struktury. Została sformułowana teza dotycząca możliwości interpretacji fizycznej działania struktury na podstawie analizy jednej z opisywanych konfiguracji. Wyjaśniono przyczyny fizyczne odpowiadające za zmianę kierunkowości propagacji energii w oparciu o analizę relacji dyspersji struktury i kierunków propagacji modów związanych z normalną do powierzchni ekwienergetycznej wyznaczoną przez wektor prędkości grupowej danego modu.

EN

The dissertation concerns the surface plasmon polariton (SPP) generation at asymmetrical periodic metal structures. Numerical results show an ability of new periodic one-dimensional configuration of metal grating to control energy propagation direction in the vicinity of the structure by a change of one of its geometrical parameters maintaining in the same time the advantage of normal incidence. The layered structure consists of two different metal gratings immersed in different dielectric media. It is showed that even a small change in the relative shift between both layers or a change in the dielectric filling contrast may redirect the energy in the near field. This effect may be useful in designing optical devices. An outline of numerical method used (RCWA) together with several extensions is given. This enabled to develop a versatile and advanced numerical code that allows to simulate electromagnetic (EM) field behaviour at multilayer periodic structures of arbitrary profile. The code allows to simulate EM field in the form of plane wave of linear polarisation impinging under the arbitrary angle or in the form of finite-diameter optical beam of arbitrary distribution of amplitude and phase. It also gives the possibility to calculate spectral transmission and reflection coefficients, dispersion relations and to visualise the distribution of field components in any plane. A theoretical basis of SPP generation and propagation is also given. An analysis of partial modes excited at one-layer metal periodic structure with the stress on modal interaction, surface-to-localized plasmon polariton transformation and their influence on the energy propagation direction near the structure is also presented. In addition, an identification of two-layered structure modes, their mutual interaction and influence on the whole optical response of the structure is given. Finally, a thesis regarding the possibility of physical interpretation of the principle of working of the asymmetrical structure is presented, based on one of the descripted configurations. On the basis of the dispersion relation analysis and modes propagation directions that are connected with the normal to equienergetic curve determined by a group velocity vector of the mode, physical reasons responsible for a change in the energy propagation direction are presented.

9

Plazmonika w fotowoltaice : próby aplikacji

Starowicz Z., Lipiński M.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2012

|

Vol. 53, nr 7

101-103

PL

Plazmony zlokalizowanych na nanocząstkach metali szlachetnych dają możliwość do zastosowania tych cząstek w wielu dziedzinach, także w fotowoltaice. Praca zawiera wytłumaczenie fizyczne tego zjawiska. Przedstawione zostały także podstawowe parametry, od których zależeć będą własności struktury plazmonicznej stosowanej do ogniw słonecznych. Przybliżona została również koncepcja wytworzenia takiej struktury alternatywnymi i tańszymi metodami opartymi o roztwory koloidalne srebra. Zaprezentowane zostały wstępne wyniki i obserwacje dla tej metody.

EN

Localized surface plasmons on noble metal nanoparticle open up new possibilities of application in many fields, also in photovoltaics. The paper contains physical explanation of this phenomenon. Basic parameters that influence properties of plasmonic structure for solar cells were presented. The concept of such structure for alternative and cheaper methods based on colloidal silver solution was described as well as preliminary results and observations for this method.

10

Sensitivity of imaging properties of metal-dielectric layered flat lens to fabrication inaccuracies

Kotyński R., Baghdasaryan H., Stefaniuk T., Pastuszczak A., Marciniak M., Lavrinenko A., Panajotov K., Szoplik T.

Opto-Electronics Review

|

2010

|

Vol. 18, No. 4

446-457

EN

We characterize the sensitivity of imaging properties of a layered silver-TiO₂ flat lens to fabrication inaccuracies. The lens is designed for approximately diffraction-free imaging with subwavelength resolution at distances in the order of a wavelength. Its operation may be attributed to self-collimation with a secondary role of Fabry-Perot resonant transmission, even though the first order effective medium description of the structure is inaccurate. Super-resolution is maintained for a broad range of overall thicknesses and the total thickness of the multilayer is limited by absorption. The tolerance analysis indicates that the resolution and transmission efficiency are highly sensitive to small changes of layer thicknesses.

11

Self-assembly: mastering photonic processes at nanoscale

Fiorini C., Charra F.

Opto-Electronics Review

|

2010

|

Vol. 18, No. 4

376-383

EN

Supramolecular ordering happens as an important parameter for the control of light emission processes. In this review paper, we discuss several examples of application of self-assembly to the realization of nano-structures designed in view of mastering specific photonic processes. This comprises the formation of highly localized plasmon modes in self-organized 2D assemblies of metal nanoparticles, the immobilization of dyes inside highly homogeneous 2D alveolar self-assembled molecular matrices and molecular 3D building blocks designed to combine in-plane periodicity and off-plane π-conjugated protrusions. Finally, we will discuss 3D self-assembly in solution with the example of fluorescent labelling of DNA.

12

Dipole and quadrupole surface plasmon resonance contributions in formation of near-field images of a gold nanosphere

Shopa M., Kolwas K., Derkachova A., Derkachov G.

Opto-Electronics Review

|

2010

|

Vol. 18, No. 4

421-428

EN

Multipolar plasmon optical excitations at spherical gold nanoparticles and their manifestations in the particle images formatted in the particle surface proximity are studied. The multipolar plasmon size characteristic: plasmon resonance frequencies and plasmon damping rates were obtained within rigorous size dependent modelling. The realistic, frequency dependent dielectric function of a metal was used. The distribution of light intensity and of electric field radial component at the flat square scanning plane scattered by a gold sphere of radius 95 nm was acquired. The images resulted from the spatial distribution of the full mean Poynting vector including near-field radial components of the scattered electromagnetic field. Monochromatic images at frequencies close to and equal to the plasmon dipole and quadrupole resonance frequencies are discussed. The changes in images and radial components of the scattered electromagnetic field distribution at the scanning plane moved away from the particle surface from near-field to far-field region are discussed.

13

Plasmonic nano-imaging with metallic nanolens

Ono A., Verma P., Kawata S.

Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems

|

2009

|

Vol. 3, No. 4

102-104

EN

We proposed a nano-imaging system at optical frequency region with the array of metallic nanorods. We simulated the field distribution of imaging process using the finitedifference time-domain algorithm. It is found that the spatial resolution is 40 nm, which is much beyond the diffraction-limit and is limited by the array pitch. The typical configuration is a hexagonal arrangement with 40 nm periodicity of silver rods of 50 nm height and 20 nm diameter. The image formation highly depends on the coherence and the polarization of the dipole sources, the array pitch, and the source-array distance. The principle of our near-field imaging is based on the longitudinal resonance of the localized surface plasmon along a metallic nanorod. The spectral responses of the device are also investigated.