search query: @keyword electronic structure calculations / total: 2
reference: 1 / 2
« previous | next »
Author:Rossi, Tuomas
Title:Simulating electric field enhancement in plasmonic nanomaterials
Sähkökentän vahvistumisen simulointi plasmonisissa nanomateriaaleissa
Publication type:Master's thesis
Publication year:2013
Pages:[7] + 59      Language:   eng
Department/School:Teknillisen fysiikan laitos
Main subject:Fysiikka (laskennallinen fysiikka)   (Tfy-105)
Supervisor:Nieminen, Risto
Instructor:Sakko, Arto
Electronic version URL: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201309137662
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  158   | Archive
Keywords:plasmonics
LSPR
electric field enhancement
quantum effects
electronic structure calculations
plasmoniikka
LSPR
sähkökentän vahvistuminen
kvantti-ilmiöt
elektronirakennelaskut
TDDFT
PAW
GPAW
Abstract (eng): Localized surface plasmon resonances (LSPRs) are collective excitations of nearly free electrons in plasmonic nanomaterials, such as metal nanoparticles, and they are characterized by charge density oscillation over the whole system.
LSPRs lead to strong optical response and enhanced electric near field around the structure, which has been utilized in numerous applications.

This thesis focuses on plasmonic nanomaterials with features of a few nanometers size.
The accurate description of the optical properties of such structures necessitates quantum mechanics.
The main part of the thesis comprises on implementing computational tools for analyzing optically excited plasmon resonances and the associated electric near field enhancement in these materials.
In the thesis, time-dependent density functional theory (TDDFT) and its implementation in GPAW package are used.
The methods developed in this thesis are implemented both in real time and in frequency domain and direct comparison between these approaches is presented.

In the literature part of this thesis, the underlying quantum theory of the optical properties of finite nanostructures is reviewed.
Additionally, previously published quantum studies on the plasmon resonances are presented.
The used methodology is also reviewed, including TDDFT and the projector augmented wave (PAW) method which is employed in GPAW to retain the atomic treatment of material.

The implemented methods are used to study plasmon resonances in a molecular metal atom chain, metal clusters in close contact and a graphene nanoribbon.
The obtained results are compared with similar studies from literature.
The results show additional details due to small size and the exact atomic background of the studied systems.
The effect of different PAW-corrections is also studied.
The methods implemented in the thesis are open source, which enables their extensive use also in further studies.
Abstract (fin): Lokalisoituneet pintaplasmoniresonanssit (LSPR:t) ovat vapaiden elektronien kollektiivisia viritystiloja plasmonisissa nanomateriaaleissa, kuten nanometrien kokoisissa metallipartikkeleissa.
LSPR voidaan havainnollistaa koko rakenteen yli olevana varaustiheyden värähtelynä.
LSPR aiheuttaa voimakkaan optisen vasteen ja vahvistuneen sähkökentän rakenteen ympärille, mitä on hyödynnetty monissa sovelluksissa.

Tämä diplomityö käsittelee plasmonisia nanomateriaaleja, joissa on muutaman nanometrin kokoisia rakenteita.
Tällaisten rakenteiden optisten ominaisuuksien tarkka mallintaminen vaatii kvanttimekaniikkaa.
Diplomityön pääsisältönä on optisesti viritettyjen plasmoniresonanssien ja niiden aiheuttaman sähkökentän vahvistumisen mallintamiseen soveltuvien laskennallisten menetelmien toteuttaminen.
Tähän on käytetty ajasta riippuvaa tiheysfunktionaaliteoriaa (TDDFT), jolle on toteutus GPAW-nimisessä ohjelmassa.
Diplomityössä kehitetyt menetelmät on toteutettu sekä aika- että taajuusavaruuksissa ja näiden lähestymistapojen tuottamia tuloksia on vertailtu.

Diplomityön kirjallisuusosuudessa kuvataan kvanttimekaaninen teoria pienten rakenteiden optisten ominaisuuksien määrittämiseen ja esitellään aiemmin julkaistuja kvanttimekaniikkaan pohjautuvia tutkimuksia plasmoniresonansseista.
Työssä kerrataan myös käytetyt menetelmät, kuten TDDFT-teoria ja PAW-menetelmä, jota käytetään GPAW:ssa materiaalien atomistiseen käsittelyyn.

Toteutetuilla menetelmillä on tutkittu plasmoniresonansseja molekyylien kokoluokkaa olevassa metalliatomiketjussa, lähekkäisissä metalliklustereissa ja grafeenihiutaleessa.
Saatuja tuloksia on verrattu vastaaviin kirjallisuudessa esitettyihin tuloksiin.
Tuloksissa havaitaan yksityiskohtia, jotka aiheutuvat tutkittujen rakenteiden pienestä koosta ja tarkasta atomirakenteesta.
Diplomityössä toteutetut menetelmät ovat avointa lähdekoodia, mikä mahdollistaa niiden laajamittaisen käyttämisen myös myöhemmissä tutkimuksissa
ED:2013-09-09
INSSI record number: 47181
+ add basket
« previous | next »
INSSI