1. UKM Learning and Research Repository
2. PHD Thesis / Tesis PHD
3. Institute of Microengineering and Nanoelectronics / Institut Kejuruteraan Mikro dan Nanoelektronik (IMEN)

Title:	Penyahmodalan plasmonik menggunakan jalur logam filem nipis emas atas substrat kaca
Authors:	Wan Maisarah Mukhtar (P54884)
Supervisor:	Sahbudin Shaari, Prof. Dr.
Keywords:	Plasmonik Plasmons (Physics)
Issue Date:	28-Mar-2014
Description:	Aplikasi plasmonik dalam bidang penderiaan, penjanaan harmonik kedua dan penyerakan Raman semakin berkembang. Untuk merealisasikan satu peranti yang dapat dikawal oleh optik atau elektronik luar, penyahmodulat plasmonik menggunakan jalur logam filem nipis emas atas substrat kaca telah dibangunkan. Objektif utama kajian tesis ini adalah untuk membangunkan model pengaliran elektron bebas dalam filem nipis logam dengan kehadiran polariton plasmon permukaan (SPP). Kajian ini berjaya membuktikan secara teori dan eksperimen buat julung kalinya kewujudan interaksi di antara medan optik dan medan elektrik ketika berlaku proses penyahmodulatan plasmonik. Metodologi kajian melibatkan pemodelan secara teori dan eksperimen untuk menentusahkan data dari setiap peringkat kajian. Ketumpatan elektron bebas efektif bagi jalur logam filem nipis emas dengan ketebalan 30nm, 50nm dan 100nm berjaya ditentukan menggunakan model pengaliran elektron bebas yang dibangunkan di mana nilai yang diperolehi masing-masing adalah 7.83x1021 cm-3, 1.37x1022 cm-3 dan 2.68x1022 cm-3. Model hubungan di antara elektron mengufuk dan elektron berayun menegak kesan daripada pengujaan SPP membuktikan wujudnya hubungan salingan di antara kedua-dua kumpulan elektron tersebut di mana prinsip keabadian cas dipatuhi. Kajian eksperimen telah dilakukan untuk mengesahkan model elektron yang dibangunkan di mana jalur logam filem nipis emas setebal 30nm, 50nm dan 100nm dengan dimensi 10mm x 0.5mm yang disalut di atas substrat kaca telah digunakan sebagai bahan asas pengujaan SPP dan pengaliran elektron. Tindak balas elektro-optik diperhatikan dengan mengenakan medan elektrik sejumlah 5V.cm-1 ketika penjanaan SPP. Ketumpatan elektron menegak dipelbagaikan dengan melaraskan aras kuasa laser pada 0.5mW, 1.0mW dan 1.5mW. Manakala, nilai arus masukan ditetapkan pada 51.372 mA. Analisis eksperimen menunjukkan bahawa apabila ketebalan filem logam menyamai kedalaman kulit, iaitu ≈30nm, kesan elektro-optik yang optimum dihasilkan di mana serapan optik mencapai nilai maksimum, iaitu sebanyak 88.919% menyebabkan penurunan pada nilai arus sejumlah 0.407%. Fenomena ini dijelaskan menggunakan model elektron penyahmodulatan plasmonik di mana hubungan salingan di antara kedua-dua parameter tersebut adalah berpunca daripada perlanggaran yang lemah sebanyak 2.503% di antara elektron mengufuk dan elektron menegak. Peningkatan ketebalan filem nipis emas menyebabkan peratus perlanggaran turut meningkat berpunca daripada peningkatan darjah kebebasan pada gerakan elektron mengufuk. Ini menyebabkan ketumpatan elektron menegak berkurang sekaligus menghasilkan pertambahan pada ketumpatan elektron mengufuk. Berdasarkan analisis yang dilakukan, elektron menegak mendominasi sepenuhnya jalur logam dengan menetapkan ketebalan filem pada 28nm dan aras kuasa laser pada 9mW. Hasil keseluruhan kajian mendapati bahawa model elektron penyahmodulatan plasmonik yang dibangunkan adalah sah. Kajian ini juga membuktikan keupayaan jalur logam emas bertindak sebagai penyahmodulat dalam teknologi peranti optoelektronik.,Plasmonic applications in sensing, second harmonic generation and Raman scattering are on the rise currently. To realize a device that can be controlled by optic or external electronics, a plasmonic demodulator utilizing a gold metal strip thin film on a glass substrate has been developed. The main objective of this thesis is to develop a free electron flow model of metal thin film in the presence surface plasmon polariton (SPP). This study has demonstrated theoretically and empirically for the first time the interaction between optical and electric fields in the event of plasmonic demodulation process. The research methodologies involve both theoretical modeling and empirical approaches to verify the data from each level of study. Effective free electron densities of gold metal strip thin films with thicknesses of 30nm, 50nm and 100nm are successfully determined using the developed free electron flow model in which the values obtained are 7.83x1021 cm-3, 1.37x1022 cm-3 and 2.68 x1022 cm-3 respectively.The model of relationship between the horizontal electrons and the vertical oscillating electrons due to the excitation of SPP prove the reciprocal relationship between both which obeys the principle of the charge conservation. The experimental study has been conducted to validate the model in which a gold metal strip thin film with thicknesses of 30nm, 50nm and 100nm and dimensions of 10mm x 0.5mm coated on a glass substrate is used as the base material for the SPP excitation and as an electrode. Electro-optic reaction is observed by applying an electric field of 5V.cm-1 during the SPP excitation. The vertical electron densities are varied by adjusting the laser power levels at 0.5mW, 1.0mW and 1.5mW. Meanwhile, the input current value is set at 51.372 mA. The experimental analysis shows that as the metal thin film thickness is equivalent to the skin depth, which is ≈30nm; an optimum electro-optic effect is observed which results the maximum optical absorption of 88.919% led to a decrease of 0.407% in the current value. This phenomenon is explained using the plasmonic demodulation electron model where the reciprocal relationship between the optical absorption and the electrical current has exhibited due to the weak collision of 2.503% between the horizontal and vertical electrons. The increment of gold thin film thicknesses enhance the collisions percentage attributed to the increasing degrees of freedom in the horizontal electrons motion. This phenomenon result a decrease in the vertical electron densities thus yields a rise in the horizontal electron densities. Based on the analysis, the vertical electrons are completely dominated the metal strip by setting the film thickness at 28nm and laser power level at 9mW. The overall results of this study show that the developed plasmonic demodulation electron model is valid. This study also proved the ability of the gold metal strip to act as a demodulator in optoelectronic device technology.,PhD
Pages:	174
Call Number:	QC176.8.P55W344 2014 3
Publisher:	UKM, Bangi
Appears in Collections:	Institute of Microengineering and Nanoelectronics / Institut Kejuruteraan Mikro dan Nanoelektronik (IMEN)

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.