15_pzfp_tk3

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 &umlah

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


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


8/16/2019 15_PZFP_TK3

7/7

mengapa energi gap dari Ss mun(ul pada

struktur B diatas permukaan logam

datar'

15_pzfp_tk3

Documents