مطالعه آنتن‏های اپتیکی در مقیاس نانو و کاربردهای آن‏ها

ساختارهای پلاسمونی در مقیاس نانو، دارای تنوع وسیعی از کاربردها در زمینه اپتیک و فوتونیک هستند که به‏عنوان مثال می‏توان از نانولیتوگرافی، سنجش پزشکی ، فوتووولتائیک‏ها، مدارهای یکپارچه فوتونی ، ذخیره‏سازی داده‏های نوری، میکروسکوپی نوری روبشی میدان نزدیک ، و پردازش اطلاعات کوانتومی، نام برد. مشخصات نوری این ساختارها، مانند طول‏موج نوسانی، افزایش میدان موضعی، گذردهی‏ها و تراوایی‏های موثر، برای انجام بهینه‏سازی، بسیار با اهمیت هستند. در این پروژه، یک نوع از وسایل پلاسمونی به نام نانوآنتن‏ها به‏صورت نظری مطالعه و بررسی خواهد شد. نانوآنتن‏ها، نانوذرات جفت‏شده‏، ‏با یک گاف کوچک بین آن‏ها هستند. تحت شرایط نوسان، نانوآنتن‏ها می‏توانند میدان‏های موضعی قوی را درون گاف‏ها ایجاد کنند، که به‏عنوان نقاط داغ شناخته می‏شوند، و در کاربردهایی، مانند پراکندگی رامان افزایش یافته سطحی، فلوئورسانی افزایش یافته سطحی، و گیراندازی نوری، بسیار مفید واقع می‏شوند. استفاده از فلوئورسانی، برای مطالعه آنتن‏های نوری، در واقع، بینشی کمی را از اتلاف مواد در طول‏موج‎های نوری فراهم می‏آورد. فلوئورسانی تک مولکول، می‏تواند در مجاورت یک نانوذره فلزی، که به‏عنوان یک نانوآنتن نوری عمل می‏کند، افزایش یابد. در واقع، از آن‏جا که با استفاده از نانوذرات فلزی، قادر به کنترل آهنگ واپاشی تابشی گسیلنده‏هایی هستیم که در میدان نزدیک آن‏ها قرار گرفته‏اند، می‏توان از آن‏ها به‏عنوان سامانه‏ای برای دستکاری نور و برهم‏کنش نور- ماده، در مقیاس نانومتری استفاده کرد. در این پروژه، آهنگ فلوئورسانی یک تک‏مولکول را نزدیک به نانوذره فلزی که به نوک تیز یک اشاره‏گر شیشه‏ای متصل است، مورد بررسی قرار می‏دهیم و در‏نهایت، نتایج به‏دست‏آمده، با نتایج آزمایشگاهی، در صورت وجود تطبیق داده خواهد شد. اما، هدف اصلی در این پروژه، به‏دست‏آوردن شرایط بهینه در دو سامانه، مولکول جفت‏شده با نانوذره فلزی کروی و شبه‏کروی، به‏منظور افزایش گسیل نور مولکول مجاور آن‏ها می‏باشد. سامانه‏‏هایی که در این‏جا موردبررسی قرار‏می‏گیرد، از یک نانوذره فلزی (نقره، طلا و مس)، که به یک نوک تیز شیشه‏ای متصل است (نانوآنتن نوری)، به‏همراه یک تک مولکول (دو قطبی کلاسیکی)، که با نانوآنتن از طریق پروب موضعی میدان نزدیک برهم‏کنش می‏کند، تشکیل می‏شود. مولفه میدان الکتریکی ناشی از نور فرودی، در محل مولکول دوقطبی، در سامانه اول، در جهت z و در سامانه دوم، در جهت محور اصلی نانوذره شبه‏کروی a، درنظرگرفته می‏شود (قطبش نور در راستای z و a است). نهایتاً پارامترهای بهینه‏ای (اندازه و جنس نانوذره به کاربرده‏شده، فاصله بین نانوذره و مولکول و طول‏موج) را همراه با میزان افزایش فلوئورسانی گزارش خواهیم کرد.