Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Մոտակա դաշտի տեսածրող նանոլուծունակությամբ մանրադիտում միկրոալիքային և օպտիկական տիրույթներում

Բաբաջանյան, Արսեն Ժորայի (2013) Մոտակա դաշտի տեսածրող նանոլուծունակությամբ մանրադիտում միկրոալիքային և օպտիկական տիրույթներում. Doctor of Sciences thesis, ԵՊՀ.

[img]
Preview
PDF (Abstract)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (1692Kb) | Preview

    Abstract

    Մոտակա դաշտի տեսածրող միկրոալիքային մանրադիտակը (ՄԴՏՄՄ) ոչ- կոնտակտային և առանց լրացուցիչ խառնուրդների ավելացմամբ հետազոտման միջոց է, որը թույլ է տալիս ուսումնասիրել նյութերի և սարքերի ֆիզիկական բնութագրերը մեծ զգայունությամբ և նանոմետրական լուծողականությամբ: ՄԴՏՄՄ աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է զոնդի և ուսումնասիրվղ նմուշի միջև մոտակա-դաշտային փոխազդեցության տեղային էլեկտրամագնիսական դաշտի զգայուն գրանցման, հետագա մշակման և արտապատկերման վրա: Այս մեթոդի օգնությամբ կարելի է նկարագրել նյութերի այնպիսի բնութագրիչներ, ինչպիսիք են էլեկտրական հաղորդականությունը, դիէլեկտրիկ և մագնիսական թափանցելիությունները, լիցքակիրների խտությունը և շարժունակությունը, ինչպես նաև նրանց ծավալային և բարակ թաղանթային վարքագծերը: ՄԴՏՄՄ-ի կառուցվածքը, արտապատկերման հնարավորությունները և հնարավոր կիրառությունների ոլորտը նախապես մանրամասնորեն քնարկվել են տարբեր աշխատանքներում [1-3]: Նյութերի տարբեր բնութագրիչների և որպես հետևանք սեփական իմպեդանսի փոփոխությունները ուսումնասիրվել են չափելով կոմպլեքս միկրոալիքային անրադարձման գործակիցը (ՄԱԳ 511) և համակարգի ռեզոնանսային հաճախության շեղումը (ՌՀՇ ճ/7/.), որոնք կարելի է ճշգրտորեն չափել գծային վեկտորական վերլուծիչի օգնությամբ: Վերջերս ՄԴՏՄՄ արտապատկերման տեխնիկան մեծ ուշադրության է արժանացել որպես խոստումնալից այլընտրանքային սենսորային հարթակ պինդ մարմիներում, քիմիական լուծույթներում և կենսաբանական հյուսվածքներում փոփոխությունների հայտնաբերման և վերահսկման համար [4,5]: Միաժամանակ ՄԴՏՄՄ-ն յուրահատուկ փորձարարական գրոծիք է նանո մասշտաբներում ուսումնասիրություններ կատարելու համար, որը թույլ է տալիս մեծ էֆֆեկտիվությամբ բնութագրել և եռաչափ ներկայացնել նյութական բնութագրիչներն ու գործընթացները հաղորդիչներում, կիսահաղորդիչներում, դիէլեկտրիկներում, մագնիսական խառնուրդներում, ինչպես նաև կենսաբանական ինքնակազմավորվող և բարդ դասակարգմամբ կառուցվածքներում (սպիտակուցներ, դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու (ԴՆԹ) և այլն): ՄԴՏՄՄ մեթոդով ստացված արդյունքները լավ համապատասխանության մեջ են մանրադիտարկման ժամանակակից այլ եղանակաների հետ. էլեկտրական դաշտով ինդուկցված երկրորդ հարմոնիկի գեներացիայով (ԵՀԳ) երևակում, տեսածրող էլեկտրոնային մանրադիտակ, ատոմական ուժերով մանրադիտակ, ռենտգենյան դիֆրակցիայի ցրման մեթոդ և այլն: Ի լրումն այս գործիքների, ՄԴՏՄՄ հնարավորություն է տալիս նյութերի մակերեսային և ծավալային բնութագրիչների եռաչափ տեղագրում և քարտեզագրում միկրոալիքային տիրույթում: Ժամանակակից օպտիկական նանոհամակարգերում հաղորդիչների փոխարեն մանրաթելերի օգտագործումը հնարավորություն է ընձեռում զգալիորեն մեծացնել տեղեկատվության մշակման համակարգերի արագագործությունը: Սակայն, այստեղ հանդես են գալիս մի շարք սկզբունքային դժվարություններ: Օրինակ, հայտնի է, որ դիֆրակցիոն երևույթները խոչընդոտում են լուսային ազդանշանի տեղայնացմանն իր ալիքի երկարության կեսից ավելի փոքր տիրույթում, որը, սակայն, կարելի շրջանցել օգտագրծելով մակերևութային պլազմոն պոյյարիտոնների (ՄՊՊ) տարածման առանձնահատկությունները [6]: ՄՊՊ էլեկտրամագնիսական ալիքի և էլեկտրոնային պլազմայի համատեղ տարածվող տատանումներն են, որոնք տեղայնացված են մետաղը դիէլեկտրիկից բաժանող սահմանին: Տեղեկատվության մշակման արագագործությանը միտված հաջորդ սերնդի նանոմետրական չափսերով ինտեգրալային սարքերի զարգացման կարևորագույն ուղղություններից մեկը նանոպլազմոնիկան, հանդիսանում է ՄՊՊ-ների հատկությունների հետազոտմանը նվիրված նոր բնագավառ, որը պետք է համատեղի օպտիկական եղանակով ազդանշանների գերարագ մշակման հնարավորությունները և ալիքի երկարությունից փոքր չափսեր ունեցող ալիքատարների և ռեզոնատորների առավելությունները: Մեծ բարորակությամբ և փոքր չափերով ռեզոնատորների հետազոտումը տարատեսակ քվանտային օպտիկական սարքերի ստեղծման հնարավորություն է տալիս: Այդպիսի սարքերի շարքին կարելի է դասել փոքր էներգիա պահանջող արագագործ օպտոէլեկտրոնային ճառագայթիչներն ու ընդունիչները, կոհերենտ ճառագայթման վերահսկումն իրականցնող զգայուն օպտիկական սենսորները: Տրված ազդանշանի գեներացման, կառավարման և ալիքատարային ուղիների փոխկապակցման հնարավորություններով ալիքատարային ռեզոնատորները կարևոր դեր են կատարում ինչպես ռադիո և օպտիկական հաճախությունների տիրույթներում, այնպես էլ ՏՀց տիրույթում: Այդ պատճառով անհրաժեշտություն է առաջացրել ստեղծել այդ հաճախությունների տիրույթում գործող մեծ բարորակությամբ ռեզոնատորներ: The present dissertation is devoted to the theoretical and experimental investigation of near-field scanning microwave microscopy (NSMM) and the generation and propagation of the surface plasmon polaritons (SPP) in the various space-limited resonant structures with the specified material characteristics. The NSMM is a noncontact, nondestructive and label-free evaluation tool to obtain material properties with high contrast and high spatial resolution. This NSMM approach is based on nondestructive probing of a local electromagnetic near-field interaction between the probe tip and the materials under tesT, and can be used in exploring material characteristics such as electrical conductivity, dielectric permittivity, magnetic permeability, volumetric and thin film properties, etc. The design, imaging performance, and applications of NSMM for noninvasive characterization of electrical properties of conducting and dielectric materials have been previously described. The changes in intrinsic impedance and material characteristics of various materials were investigated by NSMM by measuring the microwave reflection coefficient; Su and resonant frequency shift; Affr. These parameters can be easily measured using a commercial network analyzer. A technique that uses microwaves has a number of interesting features. Firstly, there is not much structured electromagnetic parameters in this frequency range so; one is in fact measuring the low frequency properties, which are of considerable practical importance. In addition, “subsurface” information is obtained because microwaves penetrate well into materials, i.e. in good conductors where the skin depth is still of the order of a micron. Finally, in comparison to other frequency regimes, it should be straightforward to obtain quantitative information, because the electromagnetic properties are relatively simple. Indeed, by consideration of frequency shifts, quantitative measurement of the local dielectric constant and electrical conductivity has been done using analytical description based on cavity perturbation theory. Another, perhaps more natural observable in NSMM experiments, is the microwave reflection coefficient Sn as a function of frequency (from which, of course, the frequency shift A/lf can be obtained) or Su as a function of some sample property for a fixed frequency. Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию ближнеполевой сканирующий микроволновой микроскопа (БСММ) а так же выявлению возможностей создания быстродействующих квантовых излучателей и приемников в спектре оптических и терагерцовых частот, путем определения основных параметров и оптимальных структур для поверхностных плазмонных поляритоных (ППП) волноводов и резонаторов. БСММ бесконтактный, неразрушающий и бесмаркерный инструмент для оценки электромагнитных свойств материала с высоким контрастом и высоким пространственным разрешением. Инструментарий основан на неразрушающего зондирования местного электромагнитных ближнего поля взаимодействие между наконечником зонда и исследуемых материалов, и может быть использован в исследовании характеристик материала, таких как электропроводность, диэлектрическая и магнитная проницаемость, объемный и тонко-пленочных свойств и т.д. Изменения электромагнитных характеристик и соответственно волнового сопротивления в различных материалов были исследованы путем измерения микроволновый коэффициент отражения; 5П и сдвига резонансной частоты; А/7/Т. Эти параметры могут быть легко измерены с использованием коммерческого сетевого анализатора. Техника, которая использует микроволны имеет ряд интересных особенностей. Во-первых, не так много структурированных электромагнитных параметров в этом диапазоне частот, так что эти исследования свойства на сравнительно низких частотах, могут иметь большое практическое значение. Кроме того, можно получить «подповехностную» информацию благодаря тому, что микроволны проникают в материал глубже, даже в хорошие проводники, где глубина проникновения составляет еще порядка микрона. Наконец, по сравнению с другими диапазонами частоты, здесь проще получить количественную информацию, поскольку электромагнитные свойства являются относительно простыми. В самом деле, при рассмотрении сдвигов резонансной частоты для количественного измерения местной диэлектрической постоянной или электропроводности была использовано аналитическое моделирования на основе теории возмущений для резонаторов. Другой, возможно более простой измеряемой параметром в БСММ экспериментах является микроволновый коэффициент отражения как функцию частоты (из которого получена и параметр сдвиг резонансной частоты) на резонансной частоте или на определенной фиксированной частоте. В последнее время БСММ техника обнаружения привлекла большое внимание в качестве перспективной альтернативной сенсорной платформы для использования в твердотельных материалах, химический растворах, и в биологических шаблонах. Кроме того, БСММ предлагает метод обнаружения без использования меток, что избавляет необходимость ориентации молекул с добавлением люминесцентных или радиоактивных меток. В дополнение к этой важной приложения в молекулярном распознавания, БСММ является уникальной экспериментальной инструментом для исследования физических свойств в наномасштабе, что означает использование взаимодействия микрозонда и образца в ответ на чрезвычайно малые изменения свойств (электромагнитные или структурные) изменения материала. Эти нано¬измерения имеют большой потенциал для высокочувствительного исследования профилей поверхности.

    Item Type: Thesis (Doctor of Sciences)
    Additional Information: Nano-resolution characterization techniques by near-field scanning microscopy at microwaves and optics. Ближнеполевая сканирующая микроскопия с нано-резолюцией в микроволновом и оптическом диапазонах.
    Uncontrolled Keywords: Babajanyan Arsen Zh., Бабаджанян А. Ж.
    Subjects: Physics
    Divisions: UNSPECIFIED
    Depositing User: NLA Circ. Dpt.
    Date Deposited: 11 May 2017 10:14
    Last Modified: 11 May 2017 16:43
    URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/4647

    Actions (login required)

    View Item