جلسه دفاع از رساله: آقای محسن صمدی، گروه مهندسی الکترونیک

خلاصه خبر: به‌دام‌اندازی و جداسازی میکرو و نانوذرات با استفاده از نیروهای پلاسمونی

  • عنوان: به‌دام‌اندازی و جداسازی میکرو و نانوذرات با استفاده از نیروهای پلاسمونی
  • ارائه‌کننده: محسن صمدی
  • استاد راهنما: دکتر محمدکاظم مروج فرشی
  • استاد ناظر داخلی اول: دکتر وحید احمدی
  • استاد ناظر داخلی دوم: دکتر داود فتحی
  • استاد ناظر خارجی اول: دکتر شمس‌الدین مهاجرزاده (دانشگاه: تهران )
  • استاد ناظر خارجی دوم: دکتر فائقه حاجی‌زاده (دانشگاه: تحصیلات تکمیلی زنجان )
  • استاد مشاور اول: دکتر سارا درباری
  • مکان: اتاق شورای دانشکده برق
  • تاریخ: 97/11/14
  • ساعت: 07:30

چکیده: در این پایان‌نامه تلاش شده ‌است که با استفاده از ساختارهای مختلف پلاسمونی سامانه‌هایی کارا برای به دام انداختن و جداسازی میکرو و نانوذرات مختلف، از جمله ذرات فلزی و دی‌الکتریک طراحی و به صورت آزمایشگاهی پیاده‌سازی گردد. به دام انداختن ذرات میکرومتری و مشاهده رفتار آن‌ها در تله، با استفاده از انبرک نوری و روش‌های معمول میکروسکوپی قابل انجام است. اما در مورد ذرات نانومتری موضوع با چالش‌هایی مواجه می‌گردد: نخست اینکه به دام انداختن ذرات نانومتری با استفاده از انبرک نوری متداول به دلیل حد پراش بسیار دشوار و گاها غیر‌ممکن است. دوم اینکه مشاهده دقیق رفتار این ذرات بسیار ریز با ابزار‌های معمول میکروسکوپی قابل انجام نیست. در این پایان‌نامه روشی برای تصویربرداری از نانوذرات با قابلیت تفکیک بالا (روش راکس) معرفی و پیاده‌سازی شده که می‌توان از آن برای مشاهده و بررسی رفتار نانوذرات به دام افتاده در تله‌های نوری استفاده کرد. همچنین با طیف‌سنجی نوری از نانوذرات فلزی که در یک تله نوری فرضی در مجاورت هم قرار می‌گیرند، اثرات تزویج پلاسمونی این نانوذرات را بررسی کرده و نشان می‌دهیم با نزدیک شدن ذرات به هم و افزایش برهم‌کنش پلاسمونی بین آن‌ها، طول‌موج تشدید پلاسمونی تغییر می‌کند. با استفاده از نتایج طیف‌سنجی و مشاهده تصاویر بدست آمده از روش راکس می‌توانیم تعداد و فاصله تقریبی نانوذرات را در مجموعه‌ای از ذرات به دام افتاده در تله، یا ذراتی که به طور ثابت در نزدیکی هم قرار گرفته‌اند، تخمین بزنیم. در ادامه این پایان‌نامه انبرک پلاسمونی مبتنی بر آرایه‌های شش‌تایی از مثلث‌های طلا را معرفی و عملکرد آن را برای به دام انداختن میکرو‌ذرات پلی‌استایرن به صورت تئوری و عملی مورد بررسی قرار می‌دهیم. برای ساخت این نانوساختار‌ها از روش لیتوگرافی کلوئیدی استفاده می‌گردد که نسبت به سایر روش‌ها ارزان‌تر و سریع‌تر است. شبیه‌سازی‌ها و نتایج عملی بدست آمده نشان می‌دهد که با تغییر زاویه لایه‌نشانی طلا می‌توان اندازه مثلث‌های ایجاد شده و در نتیجه طول‌موج تشدید پلاسمونی آن‌ها را تغییر داد. این پدیده امکان ساخت افزاره‌ای با قابلیت تنظیم محدوده طول‌موجی عملکرد را فراهم می‌کند. آن‌گاه نیروی پلاسمونی وارد بر میکروذرات پلی‌استایرن را با استفاده از روش MST محاسبه و پس از ارزیابی توانایی ساختار پیشنهادی در به دام انداختن میکروذرات، چگونگی پیاده‌سازی آن را به صورت آزمایشگاهی نشان می‌دهیم. در نهایت نیز سامانه پلاسمونی جداسازی نانوذرات را که از دو نانونوار گرافنی تشکیل شده معرفی می‌نماییم. در این قسمت نشان می‌دهیم که با اعمال ولتاژ بسیار کوچک V 4/4 به هر یک از نانونوار‌ها و در نتیجه تغییر پتانسیل شیمیایی آن به اندازه meV 100 می‌توان میدان پلاسمونی را در اطراف آن نانونوار به شدت افزایش یا کاهش داد. این کار بدون نیاز به تغییر در شدت نور تابیده شده و تنها با اعمال ولتاژ صورت می‌گیرد. با اعمال دو ولتاژ مستقل از هم به دو نانونوار موازی می‌توان جهت نیروی پلاسمونی را به‌طور موثر تغییر داد، و نانوذرات مختلف را با پیاده‌سازی یک سامانه پایش مناسب تشخیص داده و از هم جدا کرد. نتایج محاسبات عددی نشان می‌دهد که این سامانه می‌تواند پتاسیل لازم را برای به دام انداختن و جداسازی نانوذرات پلی‌استایرن با شعاع بزرگ‌تر از nm 50، و ذرات کوچک‌تر با ضریب شکست بالاتر فراهم کند. علاوه بر این با انجام محاسبات گرمایی نشان می‌دهیم که دمای ساختار در اثر جذب نور و تلفات ناشی از آن به اندازه C° 9 افزایش پیدا می‌کند که این میزان تغییر دما اثرات ناچیزی بر روی عملکرد سامانه طراحی شده دارد.
کلمات کلیدی: انبرک پلاسمونی، به‌دام‌اندازی و جداسازی، روش میکروسکوپی راکس، طیف‌سنجی نوری، لیتوگرافی کلوئیدی، آرایه شش‌تایی از مثلث‌های طلا


14 بهمن 1397 / تعداد نمایش : 1583