Several Surface Plasmon Related Phenomena in Metallic Periodic Nano-Structures
In this thesis cost-efficient self-assembly approaches are described to achieve periodic nanostructures and several light-nanoparticle-molecule interaction phenomena related to such structures are discussed. In detail, these are interactions between surface plasmons and molecular excitons in array systems and quantitative surface enhanced Raman scattering measurements. The author experimentally demonstrates a strong coupling between surface plasmons and molecular excitons in an arrayed system, and he theoretically describes their hybrid states using a quantum model by quantizing the collective plasmonic behavior of an array as a single quasi-particle. This approximation offers an opportunity to avoid the complicated calculation of long-distance interactions between the individual nanoparticles of the plexcitonic periodic system. With respect to surface enhanced Raman scattering, the author introduces an approach based on light induced molecular degradations to identify the enhancement contribution from chemical mechanisms, and builds a depletion model to achieve a quantification of the chemical mechanisms contribution. Moreover, for a concentration measurement technique combined by internal standard method and surface enhanced Raman spectroscopy, the author predicts a possible challenging concentration range (10E-11 to 10E-7 M) of analytes in an on-chip internal standard surface enhanced Raman spectroscopy. This work could improve the understanding of surface plasmon-molecule interaction phenomena in metallic nano structures and improve the design of surface plasmon-molecule interaction based sensors, devices and techniques.
In dieser Arbeit werden kostengünstige Self-Assembly Verfahren zur Herstellung periodischer Nanostrukturen beschrieben und verschiedene Licht-Nanopartikel-Molekül-Wechselwirkungsphänomene, die mit solchen Strukturen in Zusammenhang stehen, diskutiert. Diese sind Wechselwirkungen zwischen Ober flächenplasmonen und molekularen Exzitonen in Array-Systemen sowie quantitative Messungen der ober flächenverstärkten Raman-Streuung. Eine starke Wechselwirkung zwischen Ober flächenplasmonen und molekularen Exzitonen wird experimentell demonstriert in einem Array-System und ihre hybriden Zustände werden unter Verwendung eines Quantenmodells durch Quantisieren des kollektiven plasmonischen Verhaltens in einem Array als ein einzelnes Quasiteilchen theoretisch beschrieben. Diese Naherung bietet die Möglichkeit, die komplizierte Berechnung von Fernwechselwirkungen zwischen den einzelnen Nanopartikeln des plexcitonischen periodischen Systems zu vermeiden. Im Zusammenhang mit der ober flächen-verstärkten Raman-Streuung führt der Autor eine Methode ein, die auf lichtinduzierten molekularen Degradationen beruht, um den Verstärkungsbeitrag von chemischen Mechanismen zu identifizieren, und erstellt ein Verarmungsmodell, um den Beitrag der chemischen Mechanismen zu quantifizieren. Darüber hinaus prognostiziert der Autor für eine Konzentrationsmessmethode, genannt On-Chip Interner Standard Ober flächenverstärkter Raman Spektroskopie, einen moglichweise herausfordernden Konzentrationsbereich (10E-11 bis 10E-7 M) von Analyten. Diese Arbeit könnte das Verständnis von Oberflächenplasmon-Molekül-Wechselwirkungsphänomenen in metallischen Nanostrukturen verbessern und das Design von auf Ober flächenplasmon-Molekülinteraktion beruhenden Sensoren, Vorrichtungen und Techniken unterstützen.
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