diplomová práce

Studium optických vlastností kovových struktur a jejich využití v nanooptice

Text práce 6.51 MB Příloha 10.18 kB

Autor práce: Ing. Tomáš Neuman

Ak. rok: 2013/2014

Vedoucí: doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D.

Oponent: doc. Mgr. Dominik Munzar, Dr.

Abstrakt:

Interakce kovových struktur s elektromagnetickým zárením je živoucím tématem
oboru optiky blízkého pole, které zahrnuje oblasti plasmoniky a nanofotoniky. Interakce
svetla a látky na rozmerech menších než vlnová délka zárení otevírají možnosti
aplikacím, jakými jsou mezi jinými nejruznejší varianty povrchove zesílené spektroskopie.
V této práci se teoreticky zabýváme mapováním vlastností blízkého pole
kovových struktur pomocí mikroskopie v blízkém poli rozptylového typu. Diskutujeme
zde mechanismus tvorby signálu za podmínek, kdy je možné sondu mikroskopu
považovat za slabe rozptylující. V další cásti práce objasnujeme mechanismus povrchove
zesílené infracervené spektroskopie pomocí numerických simulací a analytického
modelu. Aparát aplikujeme na systém lineární dipólové antény interagující
s vrstvou vzorku. Pomocí analytického modelu a numerických simulací nalézáme
na vhodném modelu spojení mezi formací spektroskopického signálu a signálu
mikroskopie v blízkém poli.

Klíčová slova:

Infracervená anténa, SNOM, plasmonika, infracervená spektroskopie

Termín obhajoby

24.6.2014

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-FIN)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Autor se ve své práci věnoval především matematickému popisu rozptylu elektromagnetického pole na kovovém hrotu v blízkosti kovového drátu s nanometrovými rozměry (nanoantény). Text diplomové práce je rozdělen do 5 kapitol, první kapitola je úvodní. V kapitole druhé a třetí se buduje teoretický popis vícenásobného rozptylu světla dopadajícího na hrot mikroskopu blízkého pole (SNOM), který se nachází velmi blízko nanoantény. Kapitola čtvrtá pojednává o fotoluminiscenci excitované pomocí hrotu SNOM. Pátá kapitola je zaměřena na studium vlivu tenké vrstvy SiO2 pokrývající nanoanténu na rozptýlené elektromagnetické pole. Tomáš Neuman práci vypracoval zcela samostatně ve spolupráci s vědeckou skupinou teoretické nanofotoniky prof. Aizpuruy v San Sebastián (Španělsko). Výsledků tohoto popisu bude využito při interpretaci obrázků získaných pomocí SNOM v experimentu. Lze konstatovat, že diplomant splnil požadavky a cíle zadání. Z těchto důvodů doporučuji diplomovou práci k obhajobě a hodnotím ji výsledným klasifikačním stupněm výborně/A.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
doc. Mgr. Dominik Munzar, Dr.

Diplomová práce pana Neumana se zabývá několika oblastmi, jejichž společným prvkem je  interakce elektromagnetického pole s kovovými mikro-nano objekty na površích:  v kapitole 3 problematikou interakce s-SNOM s kovovými strukturami,  v kapitole 4 fotoluminiscencí v mikroskopii blízkého pole,
v kapitole 5 povrchově zesílenou vibrační spektroskopií.  Práce obsahuje pěkné  úvody ke všem  těmto oblastem a v kapitolách 3 a 5 vlastní výsledky. V kapitole 3 jde o vypočtené profily elektrického pole v blízkosti lineární antény a příslušného signálu registrovaného s-SNOM, dále pak totéž pro pár antén oddělených mezerou. V kapitole 5 jde o vypočtená spektra antény pokryté vrstvou SiO2
a antény osazené dvěma prstenci SiO2. V obou případech jsou kombinovány numerické výpočty
s pomocí software FDTD s analytickými výpočty. V kontextu kapitoly 3 jsou analytické výpočty potřebné pro stanovení a objasnění profilu signálu s-SNOM, výsledky jsou více méně v souladu
s přiloženými experimentálními daty, v kontextu kapitoly 5 poskytují tyto výpočty vhled do výsledků získaných numericky.  Velmi kladně hodnotím propojení numerických a analytických postupů, považuji za příkladné.  Oceňuji získanou interpretaci kvalitativního rozdílu mezi ES a EP v kapitole 3.2.1, nápad v kapitole 3.2.3 a částečnou interpretaci interakce mezi vibračními módy SiO2 a rezonancí antény předloženou v kapitole 5, vycházející z rovnic představených  v kapitole 5.2. Celková odborná úroveň  je (v kategorii diplomových prací)  vynikající a jednoznačně doporučují celkové hodnocení stupněm A.
K práci mám několik drobných připomínek: 

Kapitola 4 má charakter rešerše,  její obsah by se lépe vyjímal na začátku práce.

Kapitola 5.1 pojednává o Fanově resonanci, podobný úkaz nastává ve výsledcích v kapitole 5.3, bylo by bývalo vhodné lépe logicky propojit.

Jako nespecialista bych ocenil podrobnější komentář k výpočtům v rámci FDTD (použité dielektrické funkce antény a substrátu, parametry numerického postupu, komentář k přesnosti).

Výpočty, jejichž výsledky jsou představeny v odst. 5.3.1, jsou pečlivě dokumentované, postrádám ale  dokumentaci k analytickým výpočtům vedoucím k výsledkům v odst. 5.3.2. V komentáři k obr. 5.10 pouze stojí, že síla vazby byla úměrná zesílení blízkého pole v místě prstenců.

Práce obsahuje malý počet překlepů, nevhodných formulací apod. Příklady:
str. 4, 2. odst.- ``Ryleigh diffraction limit“; 
2.3, první věta - ``The theorem is ... symmetries“;
str. 47, poslední věta - ``focus to“ (správně ``focus on“);
věta nad (5.32) - ``As the generalized“ - nejasné;
Popis obr. 5.5 – je zmiňován inset části (a), asi míněna část (a);
Obr. 5.10 - překlep v legendě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: A