Titelaufnahme

Titel
Surface plasmon polaritons in graphene / von Simone Schuler
VerfasserSchuler, Simone
Begutachter / BegutachterinMüller, Thomas ; Unterrainer, Karl
Erschienen2013
UmfangVII, 58 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2013
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Oberflächenplasmonen / Graphen
Schlagwörter (EN)surface plasmon / graphene
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-58292 Persistent Identifier (URN)
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Zusammenfassung (Deutsch)

Als Plasmonen werden Oszillationen der Elektronendichte in Metallen bezeichnet. Die Plasmonenresonanz wird durch die Geometrie festgelegt. Graphen, die zweidimensionale Form von Kohlenstoff, zeichnet sich durch seine außergewöhnlichen Eigenschaften aus. Dazu gehört eine durchstimmbare Bandlücke, eine lange Lebensdauer und eine ausgeprägte Lichtführung. Diese Eigenschaften lassen sich für die Ausbreitung von Plasmonen nutzen. In dieser Arbeit werden Oberflächenplasmonen in Graphen im mittleren Infrarot Bereich untersucht. Oberflächenplasmonen bezeichnen evaneszente Wellen, die sich parallel zu einer Grenzschicht ausbreiten. Zur Anregung der Plasmonenschwingung wurden Gitterstrukturen mittels Elektronenstrahllithographie und einem reaktiven Ionenätzverfahren aus Graphen gefertigt. Zwei Gitterstrukturen mit einer Gitterperiode von 250nm und 440nm und einem Füllfaktor von 50% wurden hergestellt, um den Einfluss der Gitterperiode auf die Plasmonenresonanz zu untersuchen. Zur Charakterisierung der Gitterstrukturen wurden Ramanmessungen sowie Fouriermessungen durchgeführt. Drei dominante Resonanzen konnten bei polarisationsabhängigen Messungen mit dem Fourierspektrometer beobachtet werden. Zwei davon treten auf Grund von Wechselwirkungen mit Phononen des Silizium Subtrates auf. Die dritte Resonanz lässt auf die Anwesenheit von Oberflächenplasmonen schließen.

Ein Vergleich der Resonanzspektren beider Gitter zeigt, dass eine Erhöhung der Gitterperiode hat eine Verschiebung aller Resonanzen zu höheren Frequenzen zur Folge. Weiters wird die charakteristische Resonanzüberhöhung des Plasmons schmaler und stärker ausgeprägt. Die beiden Resonanzüberhöhungen auf Grund der Wechselwirkung mit dem Substrat ändern sich in ihrem spektralen Gewicht. Durch eine Erhöhung der Gitterperiode verstärkt sich die Absorption der ersten Resonanz, während die zweite Resonanz abgeschwächt wird.

Zusammenfassung (Englisch)

Collective oscillations of electrons are referred to as plasmons. Graphene, the two dimensional form of carbon, has very interesting properties promoting plasmons, such as tunable bandgap, long photon life time and strong confinement. This work deals with surface plasmon polaritons in graphene in the mid infrared. Graphene gratings based on CVD graphene were fabricated using electron beam lithography and reactive ion etching. Two gratings, with grating periods of 250nm and 440 nm, respectively, and 50% fill factor were fabricated to study the influence of the grating period on the resonance behavior. The gratings were characterized at room temperature using Raman and Fourier spectroscopy. Three dominant resonance peaks were observed. Two of these resonance peaks arise from interactions of the graphene with surface phonon modes of the silicon dioxide substrate. The third peak is referred to the surface plasmon polariton in the patterned graphene.

Comparison of the resonance spectra of the two gratings brings out three major aspects. The position of all resonance peaks shifts to higher frequencies when the grating period is increased. The third resonance peak becomes narrower with increased grating period. Furthermore, a change of the grating period has an influence on the spectral weight of the phonon modes. Increasing the grating period leads to a transfer of the the spectral weight from the second to the first phonon mode.