خواص پلاسمونی نانوساختار مارپیچ مخروطی و کاربردهای آن

امروزه خواص اپتیکی نانوساختارهای فلزی به علت کاربردهای آن در حوزه های مختلف فن آوریهای نو مورد توجه قرار گرفته است. توجیه فیزیکی و درک پلاسمونهای سطحی و تشدید آنها در نانوساختارهای پیچیده نیاز به مطالعات نظری و شبیه سازی دارد. برای نانوساختارهای ساده مثل کره، بیضی و میله مطالعات نظری و تجربی زیادی انجام شده است، در حالیکه خواص پلاسمونی نانو ساختارهای پیچیده در مقالات کمتری بررسی شده است. در میان نانو ساختارهای پیچیده، نانو ساختارهای مارپیچی به علت خواص اپتیکی فوق العاده، بیشتر مورد توجه هستند. هدف این رساله، بررسی نظری و تجربی امکان بهینه سازی خواص اپتیکی نانوساختارهای مارپیچی با استفاده از تغییر شکل آن، از حالت استوانه ای به حالت مخروطی است. در بخش نظری این رساله، تشدید پلاسمون سطحی موضعی در یک نانوساختار مخروطی و آرایه ای از این نانوساختارها با استفاده از دو رویکرد تقریب دوقطبی گسسته و حل معادلات ماکسول با استفاده از روش المانهای محدود در حوزه فرکانس بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که بطور کلی، نانوساختار مارپیچ مخروطی دارای طیف تاریکی (پراکندگی+ جذب) پهنی است که محل و پهنای پیک تشدید پلاسمونی و توزیع میدان نزدیک اطراف نانوساختار از طریق تغییر پارامترهای هندسی مارپیچ، قابل تغییر و تنظیم است. در بخش تجربی این رساله، نانوساختارهای مارپیچ مخروطی با استفاده از روش لایه نشانی مایل در دستگاه لایه نشانی بخار فیزیکی ساخته شده است. بعد از ساخت نانوساختار، خواص اپتیکی آن توسط روش مرسوم طیف نگاری ماورا بنفش و مرئی اندازه گیری شده و مشخص شده است که طیف تشدید پلاسمونی نانو ساختار مارپیچ مخروطی پهنای باند زیادی در کل بازه طیف نور مرئی و مادون قرمز نزدیک دارد. نتایج نشان می دهند که مطابقت خوبی بین محاسبات عددی و اندازه گیریهای آزمایشگاهی وجود دارد. در ادامه رساله، جهت نشان دادن کاربرد های خواص پلاسمونی نانو ساختارهای مارپیچی، از آن در ساختار نیمه رسانای هماتیت جهت افزایش جذب نوری آن استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که کاربرد نانوساختارهای مارپیچ مخروطی با طیف تشدید پلاسمونی پهن در ساختار فوتو آند هماتیت، باعث بالا رفتن قابل ملاحظه جذب فوتونی آن می شود، که می تواند منجر به بازده بهتر در کاربردهای فوتوالکتروشیمیایی و سلولهای خورشیدی این نیمه هادی گردد.