Optische toepassingen van meerlaagse nanostructuren

Nieuwe hybride meerlaagse nanostructuren, opgebouwd uit plasmonische en ijzer oxide nanopartikels, samengebonden door organische moleculen, werden geproduceerd. Deze unieke structuren vertonen interessante en nieuwe optische fenomenen en kunnen gebruikt worden voor de verdere ontcijfering van de fundamentele interacties tussen licht en materie. In dit werk verkennen we zulke optische effecten veroorzaakt door plasmonische koppelingen.

Na een inleidend hoofdstuk waarbij de lezer kennis maakt met de relevante concepten van de nanochemie gaan we verder met de synthese van de nanostructuren. Hierbij stellen we twee mogelijke strategieën voor, de laag-per-laag methode en een nieuwe ultrasone spray coating techniek. Vervolgens hebben we deze structuren gebruikt om verscheidene nieuwe optische effecten te onderzoeken, namelijk de niet-reciproke asymmetrische transmissie, helicaal dichroïsme en de niet-reciproke natuurlijke optische rotatie.

Niet-reciproke asymmetrische transmissie, waarbij de transmissie afhankelijk is van de propagatierichting, werd experimenteel aangetoond en een fenomenologisch model werd gepresenteerd. Met dit model werd aangetoond dat de geïnduceerde elektrische quadrupool momenten aan de oorsprong liggen van de asymmetrische transmissie en het niet-reciproke karakter van het effect.

In een volgende stap onderzochten we de interactie tussen chirale meerlaagse nanostructuren en Laguerre-Gaussisch (LG) licht. Dit LG licht bevat een orbitaal angulair moment (OAM). Voor de eerste keer werd aangetoond dat naast interactie met het spin angulaire moment van licht, chiraal materiaal ook kan interageren met het OAM van licht. Verder toonden we aan dat deze interactie anders is wanneer licht gebruikt wordt met een tegenovergesteld OAM, een effect dat we helicaal dichroïsme hebben genoemd. Uit theoretische resultaten blijkt dat helicaal dichroïsme afhankelijk is van chirale elektrische quadrupool bijdragen, dit in tegenstelling tot circulair dichroïsme, wat gebaseerd is op magnetische dipool bijdragen.

Tot slot onderzochten we natuurlijke optische rotatie in chirale meerlaagse structuren. Naaste een zeer sterke reciproke natuurlijke optische rotatie bewezen we ook de aanwezigheid van een significante niet-reciproke bijdrage aan deze optische rotatie. Dit effect vond plaats in afwezigheid van een magnetisch veld. Een fenomenologisch model werd ook hier gebruikt om de oorsprong van het effect aan te tonen.