diplomová práce

Měření extinkčních spekter opticky zachycených plazmonických nanočástic

Text práce 1.85 MB

Autor práce: Ing. Jana Flajšmanová

Ak. rok: 2014/2015

Vedoucí: Mgr. Oto Brzobohatý, Ph.D.

Oponent: Mgr. Alexander Jonáš, Ph.D.

Abstrakt:

Tato práce se zabývá zobrazováním v temném poli a optickou spektroskopií opticky zachycených plazmonických nanočástic. Optické chytání a charakterizace jednotlivých částic nebo jejich určitého množství jsou názorně vysvětleny. Počet opticky chycených částic může být odhadnut z intenzity rozptylu objektu v temném poli. Experimenty prokazují u chycených kovových nanočástic jejich vzájemnou interakci, na rozdíl od částic dielektrických. Rozptylová spektra plazmonických nanočástic  jsou srovnána s teoretickými modely založenými na Mieho teorii a Diskrétní dipólové aproximaci.

Klíčová slova:

optická spektroskopie, optická pinzeta, temné pole, kovové nanočástice, rozptyl, ADDA, Mieho teorie

Termín obhajoby

22.6.2015

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)

Posudek vedoucího
Mgr. Oto Brzobohatý, Ph.D.

Diplomová práce slečny Jany Damkové, pojednávající o lokalizovaných plazmonových
rezonancích opticky zachycených kovových nanočástic, je logicky a přehledně uspořádaná.
Po krátkém úvodu do problematiky a vytyčení cílů práce následuje kapitola, která velmi čtivě
seznamuje čtenáře se základy teorie popisující rozptyl elektromagnetického záření na
kovových nanočásticích. Mimo základů teorie elektromagnetického pole jsou zde postupně
probrány: Drudeho model pro vyjádření dielektrické funkce kovových nanočastic, extinkční,
rozptylový a absorpční průřez v rámci Rayleigho a Mieho teorie rozptylu a teoretický model
založený na metodě vázaných dipólů určený pro výpočet rozptylu na nesférických
nanočásticích. Závěrem teto kapitoly je diskutována citlivost optické odezvy kovových
nanočástic na jejich velikostech a tvarech.
V následující kapitole je čtenář nejprve stručně uveden do problematiky optického chytaní a
poté jsou rozebrány klíčové části experimentální sestavy. Ta byla postavena v rámci
diplomové práce a sloužila k charakterizaci plazmonových rezonancí jednotlivých opticky
zachycených nanočástic. Před samotnou prezentací naměřených výsledků je ukázán vliv
nastavení osvitu temného pole na naměřená spektra. Poté jsou prezentována a diskutována
naměřená spektra stříbrných nanočástic. V případě jednotlivých opticky zachycených
nanočástic je zde ilustrován vliv morfologie částic na rozptylová spektra. V případě více
zachycených částic je ukázána vzájemná interakce mezi plazmonovými nanočásticemi, která
vede k znatelnému rozšíření rozptylových spekter. V poslední části této kapitoly se řešitelka
věnuje studiu rozptylu na zlatých nanotyčkách. Nejprve jsou prezentována očekávaná
rozptylová spektra, spočtená pomocí metody vázaných dipólů, a poté je ukázáno typické
spektrum opticky zachycených částic. Ukazuje se, že experimentální sestava není dostatečně
citlivá pro měření jednotlivých zlatých nanočástic a naměřená spektra odpovídají spíše
rozptylu na „klastrech“ nanočástic, které rozptyluji mimo rozsah experimentální sestavy.
V závěrečné kapitole jsou přehledně shrnuty dosažené výsledky spolu s výhledem k další práci.
Grafická úprava diplomové práce je na velmi vysoké úrovni. Diplomantka nastudovala celou
řadu publikací týkající se dané problematiky a vhodně je v textu citovala. Jednotlivé kapitoly
na sebe logicky navazují a rozsah práce je plně dostačující pro pokrytí teoretické i
experimentální části.
Diplomant splnil zadání diplomové práce v plném rozsahu a celkově hodnotím práci
výborně/A a doporučuji k obhajobě.
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
Mgr. Alexander Jonáš, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá experimentální charakterizací kovových nanočástic vykazujících lokalizované povrchové plazmonové rezonance metodami optické spektroskopie. Individuální nanočástice dispergované ve vodném prostředí jsou za účelem pořízení optických rozptylových spekter nejprve imobilizovány s využitím jednosvazkové gradientní optické pasti (optické pinzety) a následně excitovány prostřednictvím širokospektrálního zdroje světla. Optická excitace studovaných nanočástic je realizována metodou osvitu v režimu temného pole, která umožňuje účinnou detekci záření rozptýleného na nanočásticích, zatímco přímo dopadající excitační světlo je prostorově filtrováno a nepřispívá k rušivému spektrálnímu pozadí. Experimentální sestava pro kombinované optické zachytávání a spektroskopii je nejprve charakterizována sérií měření na dielektrických nanočásticích (polystyren). Tyto kalibrační experimenty slouží k eliminaci vlivu chromatických aberací v osvitové části sestavy na spektrální profil excitačního záření a k demonstraci lineární závislosti intenzity rozptýleného záření na celkovém počtu nanočástic zachycených simultánně v optické pasti. Následné experimenty se stříbrnými plazmonickými nanočásticemi pak ilustrují závislost rozptylových spekter (poloha a šířka spektrálního píku) na tvaru a velikosti studované nanočástice a na počtu simultánně zachycených nanočástic. Analogicky k případu dielektrických nanočástic je prokázáno, že maximální intenzita rozptýleného záření je přímo úměrná počtu nanočástic v optické pasti a tato veličina tudíž může být použita k odhadu počtu simultánně zachycených nanočástic. Experimentálně získané rozptylové spektrum individuální stříbrné nanočástice je porovnáno se simulací založenou na Mieově teorii rozptylu elektromagnetického záření na kulových objektech; toto srovnání ukazuje kvalitativní shodu obou spekter. Jako poslední jsou prezentovány pilotní spektroskopické studie zlatých nanočástic tyčinkového tvaru společně s podpůrnými simulacemi ukazujícími existenci separátních spektrálních rezonancí odpovídajících podélným a příčným plazmonovým modům zlatých nanotyčinek.Diplomová práce je po formální i obsahové stránce na vysoké úrovni. Členění textu do jednotlivých kapitol a sekcí je přehledné a logické. Po úvodní kapitole poskytující stručný přehled současného stavu v oblasti přípravy, charakterizace, a aplikací plazmonických nanostruktur a motivaci diplomového projektu následuje teoretická část, která v sevřené formě shrnuje nejdůležitější elementy potřebné ke kvantitativnímu popisu interakce elektromagnetického záření s kovovými nanoobjekty (klasický model dielektrické disperze v kovech a popis rozptylu elektromagnetických vln na objektech obecného tvaru a velikosti). Experimentální systém použitý ke spektroskopické charakterizaci opticky zachycených nanočástic společně s vlastními experimentálními daty je prezentován a analyzován ve třetí kapitole. V závěrečné čtvrté kapitole shrnuje autorka dosažené výsledky a nastiňuje možné navazující experimentální a teoretické aktivity. Práce s citacemi použité literatury je příkladná: autorka uvádí kompletní zdroje u všech převzatých rovnic, teoretických odvození, a obrázků, a poskytuje vyčerpávající přehled originálních výzkumných prací ilustrujících relevanci jejího diplomového projektu. Autorka též prokázala výbornou znalost anglického jazyka a až na drobné výjimky (např. „time derivation“ místo „time derivative“, „immerse objective“ místo „immersion objective“, či „expecting resonance“ místo „expected resonance“) se vyhnula „počešťování“ použitých výrazů.
V souhrnu konstatuji, že autorka v předložené práci prezentovala a analyzovala původní experimentální výsledky, které mohou posloužit k získání důležitých informací o optických vlastnostech individuálních kovových nanočástic, čímž  úspěšně splnila zadání diplomového projektu. Bez váhání doporučuji přijetí práce k obhajobě a hodnotím ji celkovým klasifikačním stupněm 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 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