Brechungsindexsensoren basierend auf metallischen Nanostrukturen - Untersuchung der Sensitivität, Anwendung als Biosensor und Integration in einen kompakten Aufbau

In metallischen Nanostrukturen können Elektronen zu kollektiven Schwingungen angeregt werden. Diese Schwingungen werden als lokalisierte Oberflächenplasmonen bezeichnet. Sie weisen eine Resonanzfrequenz auf, welche von Größe, Form und Material der Nanostruktur, sowie deren Umgebung abhängt. Eine Anregung solcher Plasmonen kann beispielsweise durch Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung geschehen. Für Metalle, wie Gold und Silber liegen die Plasmonenresonanzen im sichtbaren Bereich des Spektrums und können mit gängigen optischen Mikroskopen und Spektrometern untersucht werden. Die Sensitivität der Resonanz auf die Umgebung der Nanostruktur kann für sensorische Anwendungen genutzt werden. So können Änderungen des Brechungsindex des Mediums, in welchem sich die Nanostruktur befindet, durch Resonanzverschiebungen nachgewiesen werden. Da auch die Anlagerung von Biomolekülen den effektiven Brechungsindex in der Umgebung der Nanostrukturen ändert, eignen sie sich für die Anwendung als Biosensor. In dieser Arbeit werden verschiedene Nanostrukturen hergestellt und auf ihre Sensitivität hin untersucht. Dabei werden neben einfachen Strukturgeometrien auch Hybridstrukturen und Gitteranordnungen, welche aus mehreren wechselwirkenden Einzelelementen aufgebaut sind, betrachtet. Die Anwendbarkeit als Biosensor wird mit Hilfe eines Testosteron-Immunassays gezeigt. Dabei erfolgt der Nachweis von Antikörpern aus einer Lösung durch Resonanzverschiebung nach Anbindung an eine spezifische Erkennungsstruktur an den Nanostrukturen. Weiterhin wird ein Ansatz für einen kompakten Aufbau des Sensors verfolgt. Die Nanostrukturen werden dafür auf eine GRIN-Linse aufgebracht, deren Fokusebene direkt auf ihrer Oberfläche liegt. Dadurch können die Strukturen ohne zusätzliche Justage oder weitere teure optische Elemente abgebildet werden. Durch Integration der Linse in eine Mikrofluidikzelle wird die Herstellung von einfach zu handhabenden und kostengünstigen Biosensoren ermöglicht

Accessing the Hotspots of Cavity Plasmon Modes in Vertical Metal–Insulator–Metal Structures for SurfaceEnhanced Raman Scattering

International audienceIn metal–insulator–metal structures such as Au nanodiscs on an Au film separated by a thin oxide spacer layer, the metal/insulator interfaces can form a Fabry–Perot cavity in which gap surface plasmons are confined. As a result, these cavity plasmon modes show the advantageous properties of strong field enhancement and very narrow resonance line shapes due to the confinement in a cavity. In this work, the hotspots of the electromagnetic near‐field of cavity plasmon modes are exposed to make the strongly enhanced field accessible to Raman molecules. This is achieved by creating an undercut in the spacer between the Au discs and the gold film by wet etching of the spacer. The electromagnetic field distributions as well as the resonance wavelengths of two different cavity plasmon modes in such cavities both with and without undercut are studied by simulations based on the finite element method. The size of the undercut is estimated by relating the measured spectral shift before and after reducing the spacer disc to the one obtained in simulations. Surface enhanced Raman scattering measurements are conducted on arrays of cavities. The effect of the undercut on the Raman scattering intensity is investigated and a notable increase is found

Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) Based on Resonant Gap Modes of Vertical Metal-Insulator-Metal (MIM) Structures

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Accessing the Hotspots of Cavity Plasmon Modes in Vertical Metal–Insulator–Metal Structures for SurfaceEnhanced Raman Scattering

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Near-field Chirality in Achiral Plasmonic Trimers

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Near-field Chirality in Achiral Plasmonic Trimers

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Local Optical Chirality Induced by Near-Field Mode Interference in Achiral Plasmonic Metamolecules

International audienceWhen circularly polarized light interacts with a nanostructure, the optical response depends on the geometry of the structure. If the nanostructure is chiral (i.e., it cannot be superimposed on its mirror image), then its optical response, both in near-field and far-field, depends on the handedness of the incident light. In contrast, achiral structures exhibit identical far-field responses for left- and right-circular polarization. Here, we show that a perfectly achiral nanostructure, a plasmonic metamolecule with trigonal D3h symmetry, exhibits a near-field response that is sensitive to the handedness of light. This effect stems from the near-field interference between the different plasmonic modes sustained by the plasmonic metamolecule under circularly polarized light excitation. The local chirality in a plasmonic trimer is then experimentally evidenced with nanoscale resolution using a molecular probe. Our experiments demonstrate that the optical near-field chirality can be imprinted into the photosensitive polymer, turning an optical chirality into a geometrical chirality that can be imaged using atomic force microscopy. These results are of interest for the field of polarization-sensitive photochemistry

Probing optical chirality in the near-field of achiral nanostructures

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