LT7152B - PLASMON SENSOR AND METHOD OF FORMING IT - Google Patents

PLASMON SENSOR AND METHOD OF FORMING IT

Info

Publication number
LT7152B
LT7152B LT2024503A LT2024503A LT7152B LT 7152 B LT7152 B LT 7152B LT 2024503 A LT2024503 A LT 2024503A LT 2024503 A LT2024503 A LT 2024503A LT 7152 B LT7152 B LT 7152B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
plasmonic
coating
bimetallic
layer
structures
Prior art date
Application number
LT2024503A
Other languages
Lithuanian (lt)
Other versions
LT2024503A (en
Inventor
Kernius VILKEVIČIUS
Evaldas STANKEVIČIUS
Original Assignee
Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras filed Critical Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras
Priority to LT2024503A priority Critical patent/LT7152B/en
Publication of LT2024503A publication Critical patent/LT2024503A/en
Publication of LT7152B publication Critical patent/LT7152B/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

The invention pertains to a plasmonic sensor and its formation, using direct laser writing technology on a bimetallic coating which is comprised of plasmonic metals like gold, silver, copper, or aluminum. The hybrid plasmonic sensor is formed in the bimetallic coating by scanning a laser beam, inducing localized thermal stresses in the bimetallic coating, resulting in the formation of bilayered bumps in the coating. The periodically arranged bilayer bumps array produces hybrid plasmonic modes resulting from the interplay among localized surface plasmon (arising from the hollow roughness in the bilayer bump) and surface plasmon that spreads at the metal/dielectric interface. Such structures, which create hybrid plasmon modes, offer better optical sensitivity and can therefore be exploited as highly sensitive detectors. The laser-based method enables a noteworthy cost reduction for hybrid plasmonic sensors, owing to its one-step technology (the active sensing area is created directly on the bimetallic coating without any additional steps) not using costly vacuum support equipment and capable of forming structures over a vast area of up to 50 mm2.

Description

TECHNIKOS SRITISTECHNICAL FIELD

Išradimas yra susijęs su hibridinio plazmoninio jutiklio formavimo būdu plonoje bimetalinėje dangoje (10-300 nm), panaudojant aštriai sufokusuotą lazerinę spinduliuotę. Suformuotas hibridinis plazmoninis jutiklis gali būti panaudojamas farmacijoje, medicinoje, visuomenės saugumo užtikrinime, kriminalistikoje, maisto pramonėje, aplinkos stebėsenoje ir moksliniuose tyrimuose.The invention relates to a method for forming a hybrid plasmonic sensor in a thin bimetallic coating (10-300 nm) using sharply focused laser radiation. The formed hybrid plasmonic sensor can be used in pharmacy, medicine, public safety, forensics, food industry, environmental monitoring and scientific research.

TECHNIKOS LYGISSTATE OF THE ART

EP patentas Nr. EP3574351B1, paskelbtas 2019 m. gruodžio 4 d., aprašo plazmoninį įrenginį ir jo gamybą, skirtą naudoti tiesinės ir netiesinės mikroskopijos ir spektroskopijos fizikoje, chemijoje, biologijoje, biologinio vaizdinimo ir medicinos srityse. Šiuo atveju, plazmoninis įrenginys gali būti formuojamas naudojant elektronų pluošto litografiją arba nanoįspaudų litografiją, kombinuojant su ėsdinimo procesais.EP Patent No. EP3574351B1, published on December 4, 2019, describes a plasmonic device and its manufacture for use in linear and nonlinear microscopy and spectroscopy in physics, chemistry, biology, biological imaging and medicine. In this case, the plasmonic device can be formed using electron beam lithography or nanoimprint lithography in combination with etching processes.

US patentinė paraiška Nr. US20090032781A1, paskelbta 2007 m. kovo 2 d., aprašo „nanoryžių“ formos hibridinę plazmoninę dalelę, kuri dėl savo formos ir struktūros pasižymi dideliu lokalaus elektrinio lauko stiprinimu aplink dalelę ir padidintu paviršiaus plazmonų rezonanso jautrumu. Šiuo atveju, hibridines plazmonines savybes turinčios dalelės formuojamos naudojant geležies chlorido hidrolizę.US Patent Application No. US20090032781A1, published on March 2, 2007, describes a hybrid plasmonic particle in the form of a "nanorice" which, due to its shape and structure, is characterized by a high local electric field enhancement around the particle and an increased sensitivity to surface plasmon resonance. In this case, the particles with hybrid plasmonic properties are formed using the hydrolysis of ferric chloride.

US patentas Nr. US007349598B2, paskelbtas 2008 m. kovo 25 d., aprašo paviršiaus plazmonų rezonanso įrenginį, tinkamą įvairių dielektrinių konstantų matavimui. Aprašytas įrenginys turi skaidrios medžiagos pagrindą ir ant jo suformuotą ploną metalo sluoksnį, kuriame suformuota periodiškai išdėstytų plazmoninių darinių struktūra, naudojant elektronų pluoštą arba šablonines kaukes. Visi procesai susiję su elektronų pluošto naudojimu vyksta vakuume dėl elektronų pluošto didelės sklaidos dujinėje terpėje.US Patent No. US007349598B2, published on March 25, 2008, describes a surface plasmon resonance device suitable for measuring various dielectric constants. The described device has a transparent material base and a thin metal layer formed thereon, in which a structure of periodically arranged plasmonic structures is formed using an electron beam or template masks. All processes related to the use of an electron beam take place in a vacuum due to the high scattering of the electron beam in a gaseous medium.

Aukščiau aprašyti plazmoniniai prietaisai yra formuojami naudojant brangias vakuumą palaikančias kelių žingsnių technologijas, todėl tokie jutikliai yra brangūs, jų gamyba sudėtinga, jautrumas nepakankamas, o praktinės panaudojimo galimybės nedidelės.The plasmonic devices described above are formed using expensive vacuum-maintaining multi-step technologies, which makes such sensors expensive, complicated to manufacture, insufficiently sensitive, and limited in practical applications.

SPRENDŽIAMA TECHNINĖ PROBLEMATECHNICAL PROBLEM IS BEING SOLVED

Išradimu siekiama išplėsti plazmoninių jutiklių panaudojimo galimybes, užtikrinant nebrangią, patikimą ir atsikartojamumu pasižyminčią plazmoninių jutiklių gamybą.The invention aims to expand the possibilities of using plasmonic sensors by ensuring inexpensive, reliable and reproducible production of plasmonic sensors.

IŠRADIMO ESMĖS ATSKLEIDIMASDISCLOSURE OF THE ESSENCE OF THE INVENTION

Uždavinio sprendimo esmė pagal pasiūlytą išradimą yra ta, kad plazmoniniame jutiklyje, apimančiame skaidrios medžiagos padėklą ir jį dengiančią elektrai laidžią dangą, kurioje išdėstyti plazmoniniai dariniai, minėta danga yra iš bimetalo, kurio sluoksniai yra iš plazmoninėmis savybėmis pasižyminčių metalų, o bimetalinėje dangoje išdėstyti plazmoniniai dariniai, kurie yra suformuoti bimetalinės dangos sluoksnius veikiant lazerio spinduliuote.The essence of the solution to the problem according to the proposed invention is that in a plasmonic sensor, comprising a substrate of transparent material and an electrically conductive coating covering it, in which plasmonic structures are arranged, said coating is made of bimetal, the layers of which are made of metals with plasmonic properties, and plasmonic structures are arranged in the bimetallic coating, which are formed by the exposure of the layers of the bimetallic coating to laser radiation.

Bimetalinės dangos sluoksnių medžiaga yra plazmoninėmis savybėmis pasižymintys metalai parinkti iš grupės, apimančios auksą, sidabrą, varį, aliuminį, platiną, paladį.The material of the bimetallic coating layers is metals with plasmonic properties selected from the group including gold, silver, copper, aluminum, platinum, palladium.

Bimetalinės dangos viršutinis sluoksnis yra iš plazmoninėmis savybėmis pasižyminčios medžiagos atsparios oksidacijos procesui, apimančios auksą ir platiną bei apsaugančios apatinį dangos sluoksnį nuo oksidacijos.The top layer of the bimetallic coating is made of a material with plasmonic properties that is resistant to oxidation, including gold and platinum, and protects the lower coating layer from oxidation.

Bimetalinę dangą sudarančių sluoksnių storiai yra skirtingi ir yra ribose nuo 10 iki 500 nm.The thicknesses of the layers forming the bimetallic coating are different and range from 10 to 500 nm.

Kiekvienas suformuotas plazmoninis darinys yra išgaubto pavidalo dvisluoksnis darinys, turintis vidinę ertmę.Each formed plasmonic structure is a convex-shaped bilayer structure with an internal cavity.

Plazmoninį jutiklį sudarantys plazmoniniai dariniai išdėstyti simetriškai vienas kito atžvilgiu atstumu intervale nuo 300 nm iki 10 μm.The plasmonic structures that make up the plasmonic sensor are arranged symmetrically with respect to each other at a distance ranging from 300 nm to 10 μm.

Plazmoninį jutiklį sudarantys plazmoniniai dariniai išdėstyti nesimetriškai skirtingomis kryptimis vienas kito atžvilgiu atstumu intervale nuo 300 nm iki 10 μm.The plasmonic structures that make up the plasmonic sensor are arranged asymmetrically in different directions relative to each other at a distance ranging from 300 nm to 10 μm.

Padėklo medžiaga yra parinkta iš grupės, apimančios lydytą kvarco stiklą, safyrą, borosilikatinį stiklą, silicį, polimetilmetakrilatą, polidimetilsiloksaną, grafeną, metalo oksidus.The substrate material is selected from the group consisting of fused quartz glass, sapphire, borosilicate glass, silicon, polymethyl methacrylate, polydimethylsiloxane, graphene, metal oxides.

Tarp padėklo ir bimetalinės dangos numatytas plonas nuo 1 iki 10 nm storio pasluoksnis, kurio medžiaga yra parinkta iš grupės, apimančios titaną, chromą, aliuminį, tantalą, nikelį, indį, vanadį, volframą, skirtas bimetalinės dangos adhezijai su padėklu padidinti.A thin sublayer of 1 to 10 nm thickness is provided between the substrate and the bimetallic coating, the material of which is selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, tantalum, nickel, indium, vanadium, tungsten, intended to increase the adhesion of the bimetallic coating to the substrate.

Pasiūlytas plazmoninio jutiklio formavimo būdas, kur minėtas plazmoninis jutiklis turi skaidrios medžiagos padėklą ir jį dengiančią elektrai laidžią dangą, kurioje formuojami plazmoniniai dariniai, kur minėta danga yra iš bimetalo, kurio sluoksniai yra iš plazmoninėmis savybėmis pasižyminčių metalų, o kiekvienas plazmoninis darinys yra formuojamas atskirai, veikiant bimetalinės dangos sluoksnius formuojamo plazmoninio darinio srityje lazerine spinduliuote ir suformuojant dvisluoksnį plazmoninį darinį, kur po kiekvieno dvisluoksnio plazmoninio darinio suformavimo yra vykdomas padėklo ir lazerinės spinduliuotės fokusavimo vietos perkėlimas vienas kito atžvilgiu ir analogiškai formuojamas kitas dvisluoksnis plazmoninis darinys, šis procesas kartojamas tol, kol suformuojamas pakankamas dvisluoksnių darinių skaičius, kurių visuma sudaro plazmoninių darinių periodinę struktūrą.A method for forming a plasmonic sensor is proposed, where said plasmonic sensor has a substrate of a transparent material and an electrically conductive coating covering it, in which plasmonic structures are formed, where said coating is made of a bimetal, the layers of which are made of metals with plasmonic properties, and each plasmonic structure is formed separately by exposing the layers of the bimetallic coating in the area of the formed plasmonic structure to laser radiation and forming a two-layer plasmonic structure, where after the formation of each two-layer plasmonic structure, the substrate and the laser radiation focus point are moved relative to each other and another two-layer plasmonic structure is formed in an analogous manner, this process is repeated until a sufficient number of two-layer structures are formed, the totality of which forms a periodic structure of plasmonic structures.

Lazerinė spinduliuotė yra aštriai sufokusuojama, sukeliant lokalius šiluminius įtempimus bimetalinėje dangoje, dėl kurių yra suformuojamas dvisluoksnis tuščiaviduris plazmoninis darinys.The laser radiation is sharply focused, causing local thermal stresses in the bimetallic coating, which results in the formation of a two-layer hollow plasmonic structure.

Dvisluoksniam plazmoniniam dariniui formuoti naudojamas femtosekundinis lazeris nuo 10 iki 999 fs arba pikosekundinis lazeris nuo 1 iki 100 ps, arba nanosekundinis lazeris nuo 1 iki 100 ns.A femtosecond laser from 10 to 999 fs or a picosecond laser from 1 to 100 ps, or a nanosecond laser from 1 to 100 ns is used to form a double-layer plasmonic structure.

Vienam dvisluoksniam plazmoniniam dariniui formuoti naudojamas vienas lazerinės spinduliuotės impulsas, kurio energija yra nuo 0,1 iki 100 nJ.A single laser pulse with an energy ranging from 0.1 to 100 nJ is used to form a single bilayer plasmonic structure.

IŠRADIMO NAUDINGUMASUSEFULNESS OF THE INVENTION

Lazeriu pagrįstas gamybos būdas leidžia sumažinti hibridinių plazmoninių jutiklių gamybos sąnaudas, nes tai yra vieno žingsnio technologija (aktyvioji jutiklio zona formuojama tiesiai ant bimetalinės dangos be jokių papildomų žingsnių), nenaudojanti brangios vakuumą palaikančios įrangos ir gebanti formuoti didelės aktyvios zonos jutiklius. Šios technologijos naudojimas hibridinių plazmoninių jutiklių gamyboje leidžia gerokai atpiginti tokių jutiklių gamybą ir tai leidžia prisidėti prie platesnio tokių jutiklių naudojimo įvairiose srityse (maisto pramonėje, biomedicinoje ir kitur).The laser-based manufacturing method allows to reduce the production costs of hybrid plasmonic sensors, as it is a one-step technology (the active area of the sensor is formed directly on the bimetallic coating without any additional steps), does not use expensive vacuum-maintaining equipment and is capable of forming sensors with a large active area. The use of this technology in the production of hybrid plasmonic sensors allows to significantly reduce the cost of manufacturing such sensors and this allows to contribute to the wider use of such sensors in various fields (food industry, biomedicine and elsewhere).

Pasiūlytame išradime, kuriame naudojama tiesioginio lazerinio rašymo technologija bimetalinėje dangoje, vienos lazerinės ekspozicijos metu yra suformuojamas dvisluoksnis bimetalinis plazmoninis darinys, kurio diametras gali svyruoti nuo 300 nm iki 1,5 pm, o aukštis nuo 30 iki 300 nm. Tokius darinius išdėsčius periodiškai yra suformuojamas hibridinis plazmoninis jutiklis, kurio plazmonų rezonansas pakinta dėl lokalaus lūžio rodiklio pokyčio. Atsiradęs plazmonų rezonanso pokytis įgalina nustatyti aplinkos pokyčius. Jo jautrumas aplinkos pokyčiams priklauso nuo rezonanso pločio. Hibridines plazmonines modas generuojančių jutiklių rezonansų plotis yra itin siauras, todėl tokie jutikliai yra labai jautrūs ir naudingi tokiose srityse: farmacija, biotechnologijos, medicina, kriminalistika, maisto pramonė, aplinkosauga ir kt. Lazeriu pagrįstas metodas leidžia gerokai sumažinti hibridinių plazmoninių jutiklių gamybos sąnaudas, lyginant su įprastai naudojamomis technologijomis tokių jutiklių gamyboje.In the proposed invention, which uses the technology of direct laser writing in a bimetallic coating, a two-layer bimetallic plasmonic structure is formed during a single laser exposure, the diameter of which can vary from 300 nm to 1.5 pm, and the height from 30 to 300 nm. By arranging such structures periodically, a hybrid plasmonic sensor is formed, the plasmon resonance of which changes due to a local change in the refractive index. The resulting change in plasmon resonance enables the detection of environmental changes. Its sensitivity to environmental changes depends on the resonance width. The resonance width of sensors generating hybrid plasmonic modes is extremely narrow, therefore such sensors are very sensitive and useful in the following areas: pharmacy, biotechnology, medicine, forensics, food industry, environmental protection, etc. The laser-based method allows to significantly reduce the production costs of hybrid plasmonic sensors, compared to the technologies commonly used in the production of such sensors.

TRUMPAS BRĖŽINIŲ APRAŠYMASBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Detaliau išradimas paaiškinamas brėžiniais, kur pav. - pavaizduota pasiūlyto plazmoninio jutiklio principinė schema.The invention is explained in more detail with the help of the drawings, where Fig. - shows a schematic diagram of the proposed plasmonic sensor.

pav. - pavaizduota vieno dvisluoksnio plazmoninio darinio, formavimo schema, naudojant aštriai sufokusuotą lazerinę spinduliuotę.Fig. - shows a diagram of the formation of a single bilayer plasmonic structure using sharply focused laser radiation.

pav. - pavaizduota hibridinio plazmoninio jutiklio, sudaryto iš didelio skaičiaus dvisluoksnių plazmoninių darinių, principinė schema.Fig. - shows the schematic diagram of a hybrid plasmonic sensor consisting of a large number of double-layer plasmonic structures.

pav. - bimetalinėje dangoje suformuoto hibridinio plazmoninio jutiklio vaizdas.Fig. - Image of a hybrid plasmonic sensor formed in a bimetallic coating.

pav. - optinio atsako naudojant s poliarizuotą šviesą palyginimas aukso, sidabro ir bimetalinėje sidabro-aukso dangoje.Fig. - Comparison of optical response using s-polarized light in gold, silver and bimetallic silver-gold coating.

pav. - optinio atsako naudojant p poliarizuotą šviesą palyginimas aukso, sidabro ir bimetalinėje sidabro-aukso dangoje.Fig. - Comparison of optical response using p-polarized light in gold, silver and bimetallic silver-gold coating.

IŠRADIMO REALIZAVIMO PAVYZDYSEXAMPLE OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Pasiūlyto lazerinio hibridinio plazmoninio jutiklio principinė schema pavaizduota 1 pav. Šiuo atveju femtosekundinio lazerinio spinduliuotės šaltinio 1 generuojama kryptinga lazerinė spinduliuotė 2 nuosekliai praeina fazinę plokštelę 3 ir Briusterio kampo poliarizatorių 4, skirtą lazerinės spinduliuotės 2 vidutinei galiai valdyti. Nuo poliarizatoriaus 4 atsispindėjusi spinduliuotė sugeriama gaudykle 5. Praėjusi poliarizatorių 4, lazerinė spinduliuotė 2 veidrodžiu 6 nukreipiama į fokusuojantį didelės skaitinės apertūros elementą 7. Bimetalinė danga, sudaryta iš plazmoninėmis savybėmis pasižyminčių metalų sluoksnių 8 ir 9, kuri yra užgarinta ant skaidraus padėklo 10, kurio medžiaga gali būti parinkta iš grupės, apimančios lydytą kvarco stiklą, safyrą, borosilikatinį stiklą, silicį, polimetilmetakrilatą, polidimetilsiloksaną, grafeną, metalo oksidus. Naudojant aštriai sufokusuotą lazerinę spinduliuotę 2 bimetalinėje dangoje sukeliami lokalūs šiluminiai įtempiai, dėl kurių yra suformuojamas plazmoninis darinys 11 iš dviejų išgaubtų sluoksnių (12, 12‘) ir turintis tuščią vidinę ertmę 13 (gumbelis). Bimetalinės dangos (8, 9) storis yra nuo 10 nm iki 500 nm. Dangos sluoksnių (8, 9) medžiaga yra plazmoninėmis savybėmis pasižymintys metalai parinkti iš grupės, apimančios auksą, sidabrą, varį, aliuminį, platiną, paladį.The schematic diagram of the proposed laser hybrid plasmonic sensor is shown in Fig. 1. In this case, the directional laser radiation 2 generated by the femtosecond laser radiation source 1 sequentially passes the phase plate 3 and the Brewster angle polarizer 4, designed to control the average power of the laser radiation 2. The radiation reflected from the polarizer 4 is absorbed by the trap 5. After passing the polarizer 4, the laser radiation 2 is directed by the mirror 6 to the focusing large numerical aperture element 7. A bimetallic coating consisting of layers of metals 8 and 9 with plasmonic properties, which is evaporated onto a transparent substrate 10, the material of which can be selected from the group consisting of fused quartz glass, sapphire, borosilicate glass, silicon, polymethyl methacrylate, polydimethylsiloxane, graphene, metal oxides. Using sharply focused laser radiation 2, local thermal stresses are induced in the bimetallic coating, which results in the formation of a plasmonic structure 11 consisting of two convex layers (12, 12') and having an empty internal cavity 13 (nodule). The thickness of the bimetallic coating (8, 9) is from 10 nm to 500 nm. The material of the coating layers (8, 9) is metals with plasmonic properties selected from the group consisting of gold, silver, copper, aluminum, platinum, palladium.

Dėl lazerinės spinduliuotės poveikio vienas plazmoninis darinys 11 yra suformuojamas viena lazerine ekspozicija (2 pav.). Formuojamų plazmoninių darinių 11 matmenys ir morfologija priklauso nuo lazerinės spinduliuotės impulso energijos. Skenuojant pataškiui, bimetalinėje dangoje yra suformuojamas hibridinis plazmoninis jutiklis 14, kurį sudaro lazerine spinduliuote nepaveikta bimetalinė danga 15 ir suformuoti plazmoniniai dariniai 11, išdėstyti tam tikra tvarka 16 (3 pav.). Plazmoninį jutiklį sudarantys plazmoniniai dariniai 11 gali būti išdėstyti simetriškai arba nesimetriškai vienas kito atžvilgiu atstumu intervale nuo 300 nm iki 10 μm.Due to the effect of laser radiation, one plasmonic structure 11 is formed in one laser exposure (Fig. 2). The dimensions and morphology of the formed plasmonic structures 11 depend on the energy of the laser radiation pulse. When scanning the spot, a hybrid plasmonic sensor 14 is formed in the bimetallic coating, which consists of a bimetallic coating 15 not affected by laser radiation and formed plasmonic structures 11 arranged in a certain order 16 (Fig. 3). The plasmonic structures 11 forming the plasmonic sensor can be arranged symmetrically or asymmetrically with respect to each other at a distance in the range from 300 nm to 10 μm.

Nuo plazmoninių darinių 11 masyvo išdėstymo tvarkos, jų aukščio, dydžio ir bimetalinės dangos sandaros priklauso formuojamo hibridinio plazmoninio jutiklio optinės savybės. Hibridinio plazmoninio jutiklio skenuojančio elektroninio mikroskopo nuotrauka yra pateikta 4 pav. Sidabro-aukso jutiklio optinio atsako palyginimas su analogiškais jutikliais, suformuotais monometalinėse aukso ir sidabro dangose, naudojant s ir p poliarizuotą šviesą, yra pateiktas 5 ir 6 pav.The optical properties of the formed hybrid plasmonic sensor depend on the arrangement of the plasmonic structures 11 array, their height, size and the structure of the bimetallic coating. A scanning electron microscope photograph of the hybrid plasmonic sensor is presented in Fig. 4. A comparison of the optical response of the silver-gold sensor with analogous sensors formed in monometallic gold and silver coatings using s and p polarized light is presented in Figs. 5 and 6.

Hibridinio plazmoninio jutiklio gamyba yra pagrįsta lokalių šiluminių įtempių bimetalinėje dangoje (8, 9) sukėlimu aštriai sufokusuota lazerine spinduliuote 2, suformuojant išgaubtą dvisluoksnį (12, 12‘) plazmoninį darinį (gumbelį) 11. Kiekvienas dvisluoksnis plazmoninis darinys 11 yra formuojamas atskirai, veikiant bimetalinės dangos sluoksnius (8, 9) formuojamo plazmoninio darinio 11 srityje lazerine spinduliuote 2. Po kiekvieno dvisluoksnio plazmoninio darinio (dvisluoksnio gumbelio) 1 suformavimo, padėklas 10 yra pozicionuojamas lazerinėsspinduliuotės atžvilgiu ir analogiškai formuojamas kitas dvisluoksnis gumbelis 11. Aprašytas procesas kartojamas tol, kol suformuojamas norimas skaičius dvisluoksnių plazmoninių darinių 11, sukuriant plazmoninių darinių periodinę struktūrą, kuri sudaro hibridinį plazmoninį jutiklį.The production of a hybrid plasmonic sensor is based on the induction of local thermal stresses in a bimetallic coating (8, 9) by sharply focused laser radiation 2, forming a convex two-layer (12, 12') plasmonic structure (nodule) 11. Each two-layer plasmonic structure 11 is formed separately by exposing the layers (8, 9) of the bimetallic coating in the area of the formed plasmonic structure 11 to laser radiation 2. After the formation of each two-layer plasmonic structure (two-layer nodule) 1, the substrate 10 is positioned with respect to the laser radiation and the next two-layer nodule 11 is formed in an analogous manner. The described process is repeated until the desired number of two-layer plasmonic structures 11 is formed, creating a periodic structure of plasmonic structures that forms a hybrid plasmonic sensor.

Claims (13)

IŠRADIMO APIBRĖŽTISDEFINITION OF THE INVENTION 1. Plazmoninis jutiklis, apimantis skaidrios medžiagos padėklą (10) ir jį dengiančią elektrai laidžią dangą, kurioje išdėstyti plazmoniniai dariniai, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad minėta danga yra iš bimetalo, kurio sluoksniai (8, 9) yra iš plazmoninėmis savybėmis pasižyminčių metalų, o bimetalinėje dangoje išdėstyti plazmoniniai dariniai yra dvisluoksniai plazmoniniai dariniai (11), kurie yra suformuoti bimetalinės dangos sluoksnius (8, 9) veikiant lazerio spinduliuote.1. A plasmonic sensor comprising a transparent material substrate (10) and an electrically conductive coating covering it, in which plasmonic structures are arranged, characterized in that said coating is made of bimetal, the layers (8, 9) of which are made of metals with plasmonic properties, and the plasmonic structures arranged in the bimetallic coating are two-layer plasmonic structures (11), which are formed by the exposure of the layers (8, 9) of the bimetallic coating to laser radiation. 2. Plazmoninis jutiklis pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad bimetalinės dangos sluoksnių (8, 9) medžiaga yra plazmoninėmis savybėmis pasižymintys metalai parinkti iš grupės, apimančios auksą, sidabrą, varį, aliuminį, platiną, paladį.2. Plasmonic sensor according to claim 1, characterized in that the material of the bimetallic coating layers (8, 9) is metals with plasmonic properties selected from the group consisting of gold, silver, copper, aluminum, platinum, palladium. 3. Plazmoninis jutiklis pagal bet kurį iš 1-2 punktų, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad bimetalinės dangos viršutinis sluoksnis (8) yra iš plazmoninėmis savybėmis pasižyminčios medžiagos atsparios oksidacijos procesui, apimančios auksą ir platiną bei apsaugančios apatinį dangos sluoksnį (9) nuo oksidacijos.3. Plasmonic sensor according to any one of claims 1-2, characterized in that the upper layer (8) of the bimetallic coating is made of a material with plasmonic properties, resistant to the oxidation process, comprising gold and platinum and protecting the lower coating layer (9) from oxidation. 4. Plazmoninis jutiklis pagal bet kurį iš 1-3 punktų, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad bimetalinę dangą sudarančių sluoksnių (8 ir 9) storiai yra skirtingi ir yra ribose nuo 10 iki 500 nm.4. Plasmonic sensor according to any one of claims 1-3, characterized in that the thicknesses of the layers (8 and 9) forming the bimetallic coating are different and range from 10 to 500 nm. 5. Plazmoninis jutiklis pagal bet kurį iš 1-4 punktų, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad kiekvienas suformuotas plazmoninis darinys (11) yra išgaubto pavidalo dvisluoksnis (12, 12‘) darinys, turintis vidinę ertmę (13).5. Plasmonic sensor according to any one of claims 1-4, characterized in that each formed plasmonic structure (11) is a convex-shaped bilayer (12, 12') structure having an internal cavity (13). 6. Plazmoninis jutiklis pagal bet kurį iš 1-5 punktų, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad plazmoninį jutiklį sudarantys plazmoniniai dariniai (11) išdėstyti simetriškai vienas kito atžvilgiu atstumu intervale nuo 300 nm iki 10 μm.6. Plasmonic sensor according to any one of claims 1-5, characterized in that the plasmonic structures (11) forming the plasmonic sensor are arranged symmetrically with respect to each other at a distance in the range from 300 nm to 10 μm. 7. Plazmoninis jutiklis pagal bet kurį iš 1-5 punktų, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad plazmoninį jutiklį sudarantys plazmoniniai dariniai (11) išdėstyti nesimetriškai skirtingomis kryptimis vienas kito atžvilgiu atstumu intervale nuo 300 nm iki 10 μm.7. Plasmonic sensor according to any one of claims 1-5, characterized in that the plasmonic structures (11) forming the plasmonic sensor are arranged asymmetrically in different directions relative to each other at a distance in the range from 300 nm to 10 μm. 8. Plazmoninis jutiklis pagal bet kurį iš 1-7 punktų, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad padėklo (10) medžiaga yra pasirinkta iš grupės, apimančios lydytą kvarco stiklą, safyrą, borosilikatinį stiklą, silicį, polimetilmetakrilatą, polidimetilsiloksaną, grafeną, metalo oksidus.8. Plasmonic sensor according to any one of claims 1-7, characterized in that the material of the substrate (10) is selected from the group consisting of fused quartz glass, sapphire, borosilicate glass, silicon, polymethyl methacrylate, polydimethylsiloxane, graphene, metal oxides. 9. Plazmoninis jutiklis pagal bet kurį iš 1-6 punktų, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad tarp padėklo (10) ir bimetalinės dangos numatytas plonas nuo 1 iki 10 nm storio pasluoksnis, kurio medžiaga yra parinkta iš grupės, apimančios titaną, chromą, aliuminį, tantalą, nikelį, indį, vanadį, volframą, skirtas bimetalinės dangos adhezijai su padėklu padidinti.9. A plasmonic sensor according to any one of claims 1-6, characterized in that a thin sublayer of 1 to 10 nm thickness is provided between the substrate (10) and the bimetallic coating, the material of which is selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, tantalum, nickel, indium, vanadium, tungsten, intended to increase the adhesion of the bimetallic coating to the substrate. 10. Plazmoninio jutiklio formavimo būdas, kur minėtas plazmoninis jutiklis turi skaidrios medžiagos padėklą (10) ir jį dengiančią elektrai laidžią dangą, kurioje formuojami plazmoniniai dariniai (11), b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad minėta danga yra iš bimetalo, kurio sluoksniai (8, 9) yra iš plazmoninėmis savybėmis pasižyminčių metalų, o kiekvienas plazmoninis darinys (11) yra formuojamas atskirai, veikiant bimetalinės dangos sluoksnius (8, 9) formuojamo plazmoninio darinio (11) srityje lazerine spinduliuote (2) ir suformuojant dvisluoksnį plazmoninį darinį (11), kur po kiekvieno dvisluoksnio plazmoninio darinio (11) suformavimo yra vykdomas padėklo (10) ir lazerinės spinduliuotės fokusavimo vietos perkėlimas vienas kito atžvilgiu ir analogiškai formuojamas kitas dvisluoksnis plazmoninis darinys (11), šis procesas kartojamas tol, kol suformuojamas pasirinktas dvisluoksnių darinių skaičius, kurių visuma sudaro plazmoninių darinių periodinę struktūrą.10. A method for forming a plasmonic sensor, wherein said plasmonic sensor has a substrate (10) of a transparent material and an electrically conductive coating covering it, in which plasmonic structures (11) are formed, characterized in that said coating is made of bimetal, the layers (8, 9) of which are made of metals with plasmonic properties, and each plasmonic structure (11) is formed separately by exposing the layers of the bimetallic coating (8, 9) to laser radiation (2) in the area of the plasmonic structure (11) to be formed and forming a two-layer plasmonic structure (11), where after the formation of each two-layer plasmonic structure (11) the substrate (10) and the laser radiation focus point are moved relative to each other and another two-layer plasmonic structure (11) is formed in an analogous manner, this process is repeated until the selected one is formed. the number of bilayer formations, the totality of which forms a periodic structure of plasmonic formations. 11. Būdas pagal 10 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad lazerinė spinduliuotė (2) yra aštriai sufokusuojama, sukeliant lokalius šiluminius įtempimus bimetalinėje dangoje (8, 9), dėl kurių yra suformuojamas išgaubtas dvisluoksnis (12 ir 12‘) tuščiaviduris (13) plazmoninis darinys (11).11. The method according to claim 10, characterized in that the laser radiation (2) is sharply focused, causing local thermal stresses in the bimetallic coating (8, 9), due to which a convex two-layer (12 and 12') hollow (13) plasmonic structure (11) is formed. 12. Būdas pagal bet kurį iš 10-11 punktų, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad dvisluoksniam plazmoniniam dariniui (11) formuoti naudojamas femtosekundinis lazeris nuo 10 iki 999 fs arba pikosekundinis lazeris nuo 1 iki 100 ps, arba nanosekundinis lazeris nuo 1 iki 100 ns.12. The method according to any one of claims 10-11, characterized in that a femtosecond laser from 10 to 999 fs or a picosecond laser from 1 to 100 ps, or a nanosecond laser from 1 to 100 ns is used to form the double-layer plasmonic structure (11). 13. Būdas pagal bet kurį iš 10-12 punktų, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad vienam dvisluoksniam plazmoniniam dariniui (11) formuoti naudojamas vienas lazerinės spinduliuotės impulsas, kurio energija yra nuo 0,1 iki 100 nJ.13. The method according to any one of claims 10-12, characterized in that one laser radiation pulse with an energy of 0.1 to 100 nJ is used to form one double-layer plasmonic structure (11).
LT2024503A 2024-01-18 2024-01-18 PLASMON SENSOR AND METHOD OF FORMING IT LT7152B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2024503A LT7152B (en) 2024-01-18 2024-01-18 PLASMON SENSOR AND METHOD OF FORMING IT

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2024503A LT7152B (en) 2024-01-18 2024-01-18 PLASMON SENSOR AND METHOD OF FORMING IT

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2024503A LT2024503A (en) 2025-07-25
LT7152B true LT7152B (en) 2025-08-11

Family

ID=90236221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2024503A LT7152B (en) 2024-01-18 2024-01-18 PLASMON SENSOR AND METHOD OF FORMING IT

Country Status (1)

Country Link
LT (1) LT7152B (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7349598B2 (en) 2004-03-11 2008-03-25 Sony Corporation Surface plasmon resonance device
US20090032781A1 (en) 2006-03-03 2009-02-05 Hui Wang Nanorice particles: hybrid plasmonic nanostructures
LT6558B (en) * 2018-03-02 2018-10-10 Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras Method for generation and distribution of nanoparticles on a surface of transparent substrate
EP3574351B1 (en) 2017-01-30 2023-08-09 Xfold Imaging Oy A plasmonic device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7349598B2 (en) 2004-03-11 2008-03-25 Sony Corporation Surface plasmon resonance device
US20090032781A1 (en) 2006-03-03 2009-02-05 Hui Wang Nanorice particles: hybrid plasmonic nanostructures
EP3574351B1 (en) 2017-01-30 2023-08-09 Xfold Imaging Oy A plasmonic device
LT6558B (en) * 2018-03-02 2018-10-10 Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras Method for generation and distribution of nanoparticles on a surface of transparent substrate

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MANSOURI FARIBA ET AL: "Cu-Au core-shell nanostructures induced by ArF excimer laser irradiation", JOURNAL OF LASER APPLICATIONS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, 2 HUNTINGTON QUADRANGLE, MELVILLE, NY 11747, vol. 35, no. 1, 3 January 2023 (2023-01-03), XP012271242, ISSN: 1042-346X, [retrieved on 20230103], DOI: 10.2351/7.0000835 *
MATTEO TODESCHINI ET AL: "Influence of Ti and Cr Adhesion Layers on Ultrathin Au Films", APPLIED MATERIALS & INTERFACES, vol. 9, no. 42, 11 October 2017 (2017-10-11), US, pages 37374 - 37385, XP055573861, ISSN: 1944-8244, DOI: 10.1021/acsami.7b10136 *

Also Published As

Publication number Publication date
LT2024503A (en) 2025-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bagheri et al. Large-area low-cost plasmonic perfect absorber chemical sensor fabricated by laser interference lithography
KR101097205B1 (en) Method of manufacturing a substrate for surface enhanced Raman scattering spectroscopy
KR101886619B1 (en) Surface Enhanced Raman Scattering Substrate, Device for Detecting Molecule and the Fabrication Method thereof
CN103649718B (en) Method for generating metamaterials and metamaterials generated thereby
US9726788B2 (en) Method for fabricating nanoantenna array, nanoantenna array chip and structure for lithography
US7898667B2 (en) Optical element and method for preparing the same, sensor apparatus and sensing method
Braun et al. Versatile direct laser writing lithography technique for surface enhanced infrared spectroscopy sensors
CN103842785A (en) Sers substrates
Evans et al. Plasmonic core/shell nanorod arrays: subattoliter controlled geometry and tunable optical properties
CN101973512A (en) Method for directly writing metal micro-nano structure by ultraviolet laser interferometry etching
JP6792341B2 (en) Metal nanostructure arrays and electric field enhancement devices
Bai et al. Ultraviolet pulsed laser interference lithography and application of periodic structured Ag-nanoparticle films for surface-enhanced Raman spectroscopy
EP2343533A2 (en) Manufacturing method of metal structures for surface enhanced raman spectroscopy
JP2014037971A (en) Surface enhanced raman scattering unit
Do A highly reproducible fabrication process for large-area plasmonic filters for optical applications
LT7152B (en) PLASMON SENSOR AND METHOD OF FORMING IT
KR101393200B1 (en) High sensitivity surface plasmon rosonance sensor using metallic nano particles and method for manufacturing thereof
US20120281729A1 (en) Environment sensitive devices
CN101975976B (en) Photonic crystal micro-nano structure direct-writing method based on metal nanoparticles
Singh et al. Plasmonic coupling effect of annealed gold nanoarrays
Mennucci et al. Large-area flexible nanostripe electrodes featuring plasmon hybridization engineering
CN111398217B (en) High-quality plasmon optical sensor and preparation method thereof
Meng et al. Ion beam surface nanostructuring of noble metal films with localized surface plasmon excitation
Yuan et al. Controllable Large-Area Fabrication of Illumination Angle-Sensitive Metasurfaces Using Femtosecond Laser
Mousavi et al. Lab-on-A-chip compatible design laying over nanostructured silicon

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20250725

FG9A Patent granted

Effective date: 20250811