Lo scopo di questo documento è illustrare le procedure di caratterizzazione di sensori basati
su risonanza plasmonica di superficie caricati con strati di materiale dielettrico.
La prima parte del lavoro di tesi riguarderà gli aspetti teorici; inizieremo
introducendo concetti della teoria elettromagnetica classica, descrivendo le
equazioni di Maxwell nel mezzo e ricavando da esse l’equazione delle onde , meglio
conosciuta come equazione di D’Alembert , da cui , esplicando il campo elettrico E ,
o, analogamente, il campo magnetico H, e facendo la trasformata di Fourier, si
ricava l’equazione di Helmholtz.
Discuteremo ed analizzeremo il vettore d’onda K e l’ indice di rifrazione complesso
n , ricaveremo l’espressione esplicita della costante dielettrica in funzione della
frequenza e conseguentemente anche della relazione di dispersione, punto di
partenza per l’introduzione al concetto di plasmonica .
La Plasmonica è una branca della nanofotonica, ovvero lo studio della radiazione
elettromagnetica confinata in regioni di spazio di dimensioni comparabili o inferiori
alla lunghezza d’onda. Essa è basata sull’interazione tra la radiazione e gli elettroni
di conduzione di interfacce o piccole nanostrutture metalliche. Tale interazione
genera un’onda propagante chiamata SPP ( Surface Plasmon Polariton ) o plasmone
polaritone. L’importanza di tale tecnologia risiede nella possibilità di coniugare le
proprietà migliori dell’elettronica e dell’ottica. La parte conclusiva della teoria è
proprio dedicata alla definizione matematica di un SPP , alla sua propagazione ed
alle sue proprietà. Le peculiarità di queste onde hanno determinato la nascita e lo
sviluppo di una classe di componenti circuitali plasmonici [1] [2] [3], denominati
subwavelength components .
Nella seconda parte di questo lavoro, invece, verranno esposti i risultati di una serie
di simulazioni numeriche di un apparato sperimentale utilizzante chip plasmonici
costituiti da un sottile strato d’oro (Au) dello spessore di 45 nm caricati con due
differenti materiali dielettrici : silice SiO 2 e ossido di tantalio Ta 2O 5
. Tali investigazioni
numeriche verranno effettuate a diversi spessori di dielettrico per entrambi i casi. Lo
scopo ultimo è quello di studiare le caratteristiche dei sensori così composti in
termini di sensibilità e figura di merito.
