Advanced

Photoemission electron microscopy of localized surface plasmons in silver nanostructures: Experiments and simulations

Sutinen Svärd, Robin LU (2015) FYSM60 20151
Department of Physics
Synchrotron Radiation Research
Abstract
In this work, spatially resolved localized surface plasmons (LSPs) in individual silver nanocubes and nanoellipsoids are imaged with a photoemission electron microscope (PEEM). Using broadband laser pulses with photon energies below the work function threshold of the material, multiphoton photoemission (MPPE) processes coupled to the LSPs governs the strong enhancement of the plasmonic near-field detected in the PEEM.

For the nanocubes, the dependence of photoemission (PE) yield on laser polarization is investigated, and it is found that the local enhancement of the plasmonic near-field strongly depends on a superposition of localized plasmon modes excited in the nanocube. For the nanoellipsoids, the near-field dynamics are... (More)
In this work, spatially resolved localized surface plasmons (LSPs) in individual silver nanocubes and nanoellipsoids are imaged with a photoemission electron microscope (PEEM). Using broadband laser pulses with photon energies below the work function threshold of the material, multiphoton photoemission (MPPE) processes coupled to the LSPs governs the strong enhancement of the plasmonic near-field detected in the PEEM.

For the nanocubes, the dependence of photoemission (PE) yield on laser polarization is investigated, and it is found that the local enhancement of the plasmonic near-field strongly depends on a superposition of localized plasmon modes excited in the nanocube. For the nanoellipsoids, the near-field dynamics are investigated using few-cycle laser pulses in an interferometric pump-probe setup, and it is found that the near-fields at the two ends of a particle dephase on a sub-3 fs timescale due to plasmon retardation across the particle. For both types of nanostructures, the results are supported by finite-difference time-domain electrodynamics simulations. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Ytplasmoner — Små, snabba och otroligt användbara

Människan har länge förundrats över de vackra färgerna som klär glasrutorna i många medeltida katedraler, men det var dock inte förrän år 1957 då en forskare vid namn Rufus Richie först föreslog vad som gav upphov till detta fenomen. Det visade sig vara en egenskap hos ytplasmoner, som bl.a. har en kraftig förmåga att absorbera eller reflektera infallande ljus.

Deras speciella egenskaper gör ytplasmoner väldigt intressanta för forskning, och potentiella användningsområden finns inom både fysik, kemi, biologi och elektronik. Som namnet antyder uppkommer ytplasmoner precis på ytan mellan en metall och ett isolerande material. En väldigt viktig egenskap hos ytplasmoner är att de kan... (More)
Ytplasmoner — Små, snabba och otroligt användbara

Människan har länge förundrats över de vackra färgerna som klär glasrutorna i många medeltida katedraler, men det var dock inte förrän år 1957 då en forskare vid namn Rufus Richie först föreslog vad som gav upphov till detta fenomen. Det visade sig vara en egenskap hos ytplasmoner, som bl.a. har en kraftig förmåga att absorbera eller reflektera infallande ljus.

Deras speciella egenskaper gör ytplasmoner väldigt intressanta för forskning, och potentiella användningsområden finns inom både fysik, kemi, biologi och elektronik. Som namnet antyder uppkommer ytplasmoner precis på ytan mellan en metall och ett isolerande material. En väldigt viktig egenskap hos ytplasmoner är att de kan koncentreras ner till mycket små områden, ungefär i storleksordningen ett par hundra nanometer (en nanometer är en miljarddels meter). Ett hinder med ytplasmoner är dock att de är otroligt kortlivade, ofta bara ett fåtal femtosekunder (en femtosekund är en miljondels miljarddels sekund). För att vi över huvud taget ska kunna studera dessa processer krävs därför instrument med väldigt hög upplösning både i tid och rum.

I det här arbetet har vi undersökt ytplasmoner på nanostrukturer av silver med hjälp av ett fotoemissionselektronmikroskop. När en yta träffas av ljus kan den släppa loss elektroner, och dessa elektroner samlas sedan in av mikroskopet för att skapa en kraftigt förstorad bild av ytan. Ljuset som träffar ytan produceras i ultrakorta laserpulser vars egenskaper vi dessutom kan variera efter behov för att studera olika typer av växelverkan med ytan. Kombinationen av elektronernas förmåga att avbilda korta längdskalor och laserpulsernas förmåga att följa processer på otroligt korta tidsskalor gör det därför möjligt att ta bilder på själva ytplasmonerna.

Det främsta sättet att kontrollera ytplasmoner är genom att variera nanostrukturens storlek och form. Detta arbete har därför fokuserat på två olika typer av silverstrukturer — kuber och ellipsoider. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Sutinen Svärd, Robin LU
supervisor
organization
course
FYSM60 20151
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Photoemission electron microscopy, Localized surface plasmon, Ag nanocube, Ag nanoellipsoid, Finite-difference time-domain
language
English
id
5469332
date added to LUP
2015-08-13 18:03:49
date last changed
2015-08-13 18:03:49
@misc{5469332,
  abstract     = {In this work, spatially resolved localized surface plasmons (LSPs) in individual silver nanocubes and nanoellipsoids are imaged with a photoemission electron microscope (PEEM). Using broadband laser pulses with photon energies below the work function threshold of the material, multiphoton photoemission (MPPE) processes coupled to the LSPs governs the strong enhancement of the plasmonic near-field detected in the PEEM. 

For the nanocubes, the dependence of photoemission (PE) yield on laser polarization is investigated, and it is found that the local enhancement of the plasmonic near-field strongly depends on a superposition of localized plasmon modes excited in the nanocube. For the nanoellipsoids, the near-field dynamics are investigated using few-cycle laser pulses in an interferometric pump-probe setup, and it is found that the near-fields at the two ends of a particle dephase on a sub-3 fs timescale due to plasmon retardation across the particle. For both types of nanostructures, the results are supported by finite-difference time-domain electrodynamics simulations.},
  author       = {Sutinen Svärd, Robin},
  keyword      = {Photoemission electron microscopy,Localized surface plasmon,Ag nanocube,Ag nanoellipsoid,Finite-difference time-domain},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Photoemission electron microscopy of localized surface plasmons in silver nanostructures: Experiments and simulations},
  year         = {2015},
}