Upload
krisnabimasudirgo
View
221
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/16/2019 15_PZFP_TK3
1/7
Excitations of Surface Plasmon Polariton by Attenuated Total Reflection
Fadhli Yusuf, Kresna Bima Sudirgo, dan Rizki Miftahul Akbar
Departemen Fisika, Fakultas Matematikadan Ilmu engetahuan Alam
!ni"ersitas Indonesia
Dosen :Prof.Dr. Rer nat. RosariShaleh
Mata Kuliah #endahuluan Fisika $atadat
Teori Dasar dan Besaran Fisis
lasmon adalah kuantum %ang
ter&adi pada osilasi plasma' Sedangkan
plasma sendiri merupakan bentuk lain dari
materi dimana dapat disebut sebagai gas
%ang bermuatan, namun begitu se(ara
keseluruhan bersifat netral karena ¨ah
ion positif dan negatifn%a sama'
)silasi %ang ter&adi pada plasmadapat disebabkan oleh pergerakan ele(tron
pada material , hal ini dapat disebabkan
oleh adan%a medan listrik' Sedangkan
muatan positif inti atom berada tetap pada
posisin%a , kemudian ter&adi osilasi pada
materi dimana ini dapat disebut osilasi
plasma' lasmon ini biasa ter&adi pada
sebuah material logam atau metal'
olaritons permukaan plasmon
* S + merupakan inframerah atau
gelombang elektromagnetik dengan
frekuensi %ang tampak , %ang melalui
antarmuka logam diele(tri( atau
interferensi logam udara' Istilah -
polariton permukaan lasmon -
men&elaskan bah.a gelombang melibatkan
gerakan muatan dalam logam * - plasmon
permukaan - + dan gelombang
elektromagnetik di udara atau pada
diele(tri( * - polariton - + ' Kemudian akan
disebut dengan S'S dapat tereksitasi oleh ele(tron
maupun photon' /ksitasi oleh ele(tron
ter&adi dengan menembakan ele(tron pada
materialn%a, setelah ele(tron tersebar,
energ% akan ditransfer ke pada plasma'
Komponen "e(tor pen%ebaran akan bersifat
parallel dengan hasil permukaan dari
formasi S'
/ksitasi oleh photon akan ter&adi
bila photon dan surfa(e plasmon polariton
memiliki frkuensi dan momentum %ang
sama' hoton pada ruan bebas selalu
8/16/2019 15_PZFP_TK3
2/7
memiliki frekuensi lebih rendah dibanding
S hal ini disebabkan perbedaan pada
dispertion relation' )leh sebab itu
momentum &aga tidak (o(ok %ang
mengakin0batkan photon tidak dapat
berpasangan dengan S' Selain itu
permukaan halus S tidak dapat menerima
energ% ketika photon mendekati dielektrik'
1amun begitu memasangkan
photon dan S dapat dilakukan dengan
bantuan risma' risma diletakan
berla.anan dengan film metal tipis pada
konfigurasi Krets(hmann maupun )tto'
Dengan begitu besaran %ang dapat diukur pada peristi.a /ksitasi dari S
adalah dispersi dan bandgap dengan
memposisikan sudut prisma terhadap sudut
kedatangan prisma'
engukuran tersebut sangat penting
mengingak kegunaan S pada sub
.a"elength mi(ros(op, photoni( data
storage, light generation, dan bio photoni('
S merupakan nonradiatif modus
polarisasi 2rans"erse magnetik dari osilasi
kolektif partikel bebas %ang men&alar
sepan&ang batas logam3dielektrik'karena
S memiliki "ektor gelombang lebih besar
dari foton dengan energi %ang sama, salah
stu (ara untuk mengeksitasi S adalahdengan menggunakan attenuated total
refle(tion *A2R+' Alat A2R biasa terdiri dari
prisma dielektrik highinde4 dan film tipis
logam diatas permukaan prisma' Film
logam sebagai pen%impan elektron bebas
ditin&au dari ma(ros(opi( point of "ie. dan
ini men(ukupi film tipis untuk mele.ati
energi opti(al datang untuk penetrasi
melalui film tipis' Diatas sudut kritis dari
pantulan internal, baik komponen polarisasi
2M maupun 2/ dari laser sinar datang
dipantulkan total dari batas prismalogam'
ada sudut tertentu setelah pantulan total,
han%a komponen 2M %ang diserap diatas
batas permukaan, kemudian modus
permukaan S dibangun dengan bantuan
kondisi momentummat(hing, atau kondisi
surfa(e plasmon resonan(e *SR+' Bilangan
8/16/2019 15_PZFP_TK3
3/7
gelombang, ksp , diberikan oleh
Ini berarti komponen "ektor gelombang
datar pada bidang paralel terhadap lapisan
logam, k4' 5o(ok dengan "ektor propagasi
S, ksp' ada persamaan 6, ep, ep, dan eg
merupakan konstanta dielektrik dari prisma,
logam dan material dielektrik diatas film
logam' ada SR, modus permukaan
men(apai medan maksimumn%a %ang
dikurung sampai ketinggian pan&ang
gelombang pada arah normal terhadap
batas logam dan dielektrik' Medan
permukaan pengurungan sebagai
nonradiatif modus osilasi polarisasi 2M
dari partikel bermuatan bebas kemudian
men&alar sepan&ang batas' )leh karena itu
intensitas medan men&adi meningkat 67677
kali lipat, lebih besar dari modus
permukaan lainn%a %ang mengalami
pelen%apan medan %ang dibentuk dari batas
dua media dielektrik' eningkatan %ang
besar dari karakteristik medan S digunakan pada berbagai alat optik, seperti
modulasi (aha%a, opti(al s.it(hes, filter
optik, polarization beam splitter, dan
generator harmonik kedua'
Salah satu %ang menarik untuk memahami
interaksi S dengan medium periodik
adalah S band gap' 2elah dilaporkan
bah.a S %ang tereksitasi pada logam
periodik permukaan kasar mengeluarkan
energi band gap %ang melarang rambatan
modus pada rentang frekuensi optik 86'9:'
menghambat eksitasi dari modus
permukaan dengan membuka band gap
lengkap, menambahkan S pada medan
radiasi, (hanneling guding S telah
dilaporkan 86, 6;,6
8/16/2019 15_PZFP_TK3
4/7
pada u&ung band gap adalah
Dimana .o, K dan d merupakan modus
frekuensi dimana tidak ada permukaan
bergelombang pada logam, magnitudo
timpalbalik primitif "ektor kisi, dan
kedalaman ombak logam' Mereka
menun&ukkan bah.a sifat fisik a.al S
band gap dapat ditemukan dari ken%ataan
bah.a solusi dua gelombang berdiri dari
modus S mengambil posisi berbeda
berkaitan dengan pun(ak dan per&alanan
dalam kisi' Ini berarti medan
elektromagnetik dan distribusi muatan
permukaan dari modus nonradiatif S
akan berbeda pada dua modus' Ada
perbedaan pada kedalaman penetrasi *atau
pan&ang peluruhan+ dari medan
elektromagnetik ke media dielektrik sekitar
antara dua modus# salah satun%a
dipasangkan keluar dari distribusi muatan
permukaan dimana keban%akan densit%
muatann%a pada pun(ak bergelombang dan
%ang lainn%a memiliki densit% muatan
diseluruh permukaan bergelombang' Modus
%ang pertama memiliki solusi frekuensi
lebih rendah pada energi band gap S dan
%ang lainn%a memiliki solusi frekuensi %ang
lebih tinggi *persamaan =+'
b. Metode Penu!uran
ada pengukuran ini di gunakan metode
A2R *Attenuated 2otal Refle(tion+'
gambar peralatan A2R
6' Merangkai peralatan sesuai dengan
konfigurasi Krets(hmann pada
rangkaian A2R'
=' Membersihkan Kristal A2R'
>' Mem"ariasikan sudut datangn%a
pada ?9@'
?' Memastikan kontak %ang baik ter&adi
pada sampel dan prisma'
https://citty.files.wordpress.com/2011/11/kapsel2.png
8/16/2019 15_PZFP_TK3
5/7
9' Mengukur dipersi dan band gap
sampel'
c. analisa
Setelah mengukur dalam eksperimen
(urka dispersi dari Ss dan S band gap
dengan teknik dire(t imaging 'Setup untuk
dire(t imaging pada gambar 6
Dan ini mirip dengan pengaturan pada
referensi >' Ke(uali pada kisi transmisi
daripada kisi pantul %ang membagi energi
pada satu arah' olarisasi 2M kolimasi
(aha%a tampakdibuat datang diatas (elah
horizontal' 5aha%a kemudian difokuskan
mele.ati lensa silinder menu&u film tipis
perak *9=nm+ dideposit menu&u dasar
primsa setengan silinder' 5aha%a ini
mengandung foton dengan energi dan
momentum pada rentang tertentu' Foton
tertentu %ang energi dan momentum sesuai
dengan Ss men%erap pada batas perak
udara, dan sisa foton dipantulkan dari
batas' Kisi transmisi digunakan untuk
men%ebarkan foton %ang dipantulkan %ang
berkaitan dengan spektrum pan&ang
gelombang' ambar kur"a dispersi S
didapatkan dari kamera (olor (harge
(ouple de"i(e *55D+'
ambar = merupakan gambar dispersi S
diukur dengan dire(t image pada gambar 6'
Busur gelap menun&ukkan kur"a dispersi
dari propagasi S pada permukaan perak
datar' Sumbu horizontal menun&ukkan sudut
datang *momenta+ dari (aha%a putih dan
sumbu "erti(al menun&ukkan pan&ang
gelombang *energi+ dari (aha%a' oint
ditun&ukkan dengan A dan B menun&ukkan
pan&ang gelombang >> dan ?7 nm untuk
kalibrasi' Kita gunakan dua bandpas filters
sempit untuk kalibrasi, dan memberikan kita
sesuatu %ang menon&ol untuk mengukur
frekuensi pusat dan lebar surfa(e plasmon
band gap kemudian'
!ntuk pengukuran band gap, sekarang kita
perhatikan lapisan kisi dielektrik 6D %ang
dibentuk diatas permukaan datar film tipis
perak' Kita gunakan pada eksperimen kisi
holographi( pada photoresist dengan
periode =9 nm dan kedalaman modulasi ;7
nm' ambar >a menun&ukkan struktur S
energi band gap, dimana energi gap
https://citty.files.wordpress.com/2012/01/kapsel4.png
8/16/2019 15_PZFP_TK3
6/7
lengkap dilihat didekat daerah kemerahan'
Kotak pada gambar >b menun&ukkan
hubungan dispersi dihitung mengan
rigorous (oupled .a"e anal%sis *R5CA+'
Kita temukan lebar band gap S *A.0.
.+ adalah 7'76 kali frekuensi
plasma*.p06'=E?'6763s+ dari film perak'
Referensi R5CA 8=6:' Bagaimanapun &uga,
fisikal berkaitan dengan band gap S dari
struktur dielektrik B akan dibahas pada
bagian ke?, dimana model numerik untuk
menghitung struktur S band diberikan'
ada gambar >(>e, perubahan struktur
band gap S menun&ukkan (ontoh kisi 6D
azimut dengan normal permukaan pada 69,
>7 dan ?9 dera&at' Dengan bertambahn%a
sudut rotasi, kur"a dispersi bergeser pada
frekuensi %ang lebih tinggi' Ini disebabkan
karena pada sudut datang magnitudo "ektor
gelombang propagasi sepan&ang arah
"erti(al periodisitas'
erlu di(atat pada gambar >,kur"a dispersi
%ang menun&ukkan band gap memiliki
kemiringan lebih datar daripada
kemiringan pada gambar =' Frekuensi (ut
off %ang lebih rendah dari S sebagai
konstanta dielektrik efektif dari lapisan
dielektrik meningkat men%ebabkan
kemiringan lebih datar' Gika tidak ada
lapisan kisi dielektrik diatas permukaan film
pera, frekensi (ut of akan men&adi .p3"='
2etapi dengan lapisan dielektrik %ang
memiliki konstanta dielektrik efektif, ed,
lebih besar dari 6, frekuensi (utoff
berkurang men&adi .p3"*6ed+' Kita &uga
bisa memba%angkan dasar energi gap
sebelum melakukan perhitungan teliti
berikut' Frekeunsi modus dari Ss
diberikan oleh
Dimana ksp merupakan nomor gelombang
seperti pada eH'6' diasumsikan bah.a e6
dan e= merupakan konstanta dielektrik dari
dua media alternatif dielektrik pada lapisan
kisi dengan periode a' Akan ada dua dua
gelombang berdiri %ang berbeda pada
medium dielektrik %ang dibangun oleh
interferensi antara Ss suffering dari
refleksi Bragg' Keban%akan dari distribusi
medan elektromagnetik akan
dikonsentrasikan pada salah satu dari dua
medium dielektrik %ang salah satun%a
merupakan gelombang berdiri' )leh
karenan%a akan ada dua modus frekuensi
%ang berbeda dari .6 dan .= %ang
ditentukan dari eH'> untuk kasus ed0e6 dan
ed0e=' )leh karena itu, perbedaan pada
modus frekuensi merupakan pen%ebab
https://citty.files.wordpress.com/2011/11/kapsel3.png
8/16/2019 15_PZFP_TK3
7/7
mengapa energi gap dari Ss mun(ul pada
struktur B diatas permukaan logam
datar'
https://citty.files.wordpress.com/2012/01/kapsel51.png