دانلود پایان نامه 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

(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 شده ­اند. 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 می­ دهند 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 می ­پردازد. این بر پایه فرایند­های 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 می­ شود،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 جنبه­ های 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.

یکجا به ­جایی 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 می­ شود و در نتیجه، یک نیروی بازگرداننده به این الکترون­ها وارد می­ شود. این نیروی بازگردانندۀ وارد شده به الکترون­های جابه­جا شده، باعث نوسان جمعی این الکترون­ها حول مکانی می­ شود 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 می­ شود. 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 بهره گرفتن از امواج الکترومغناطیسی برانگیخته کرد. پلاسمون­های حجمی را معمولاً با برخورد ذرات به فلز برانگیخته می­ کنند. 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 :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        *       parsavahedi.t@gmail.com

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.

 

[add_to_cart id=149725]

—-

پشتیبانی سایت :       

*         parsavahedi.t@gmail.com