Výsledky soutěže o nejlepší práci mladých autorů v oboru spektroskopie 2024 - kat. A 1. místo

Lednová schůze Hlavního výboru Spektroskopické společnosti byla tradičně dějištěm dalšího ročníku Soutěže o nejlepší práci mladých autorů v oboru spektroskopie. Soutěž se uskutečnila v prostorách Univerzity Pardubice, kde prezentovalo svůj příspěvek šest soutěžících v kategorii A a sedm soutěžících v kategorii B. Z hlediska počtu přihlášených prací tak byl tento ročník dobře vyvážený. Na průběh soutěže dohlížela čestná předsedkyně poroty prof. RNDr. Blanka Vlčková, CSc. Zastoupení tradičních oborů, jako je vibrační spektroskopie či hmotnostní spektrometrie, bylo letos doplněno poměrně vysokým počtem prací zaměřených na elektronovou spektroskopii.

Důkazem vysoké kvality soutěžních prací je také to, že v kategorii A, týkající se diplomových prací, se umístili Michael Foltýn z Vysokého učení technického v Brně s příspěvkem „Plazmonika neušlechtilých kovů“ a Mgr. Jan Biskupič z Masarykovy univerzity v Brně s prací „Zobrazovací metody (LA-ICP-MS a CT) pro testování teranostik a výzkum cévní mozkové příhody“ na sdíleném prvním místě. 

Třetí místo pak obdržel Ing. Martin Kovář z Centra výzkumu Řež s.r.o. za příspěvek „Vývoj metodik pro spektroskopickou analýzu magnetických ferro-, ferri-kyanidových sorbentů radionuklidů“.

V kategorii B publikovaných prací obsadil první pozici RNDr. Jan Blahut, Ph.D. z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR s prezentací „Numericky optimalizované multidimenzionální NMR pulzní sekvence pro studium proteinů v pevné fázi“, druhé místo pak doc. Ing. Andrea Konečná, Ph.D. z Vysokého učení technického v Brně s příspěvkem „Nízkoenergiové polaritonové excitace zkoumané pomocí elektronů a fotonů“ a třetí místo Ing. Jakub Buday, Ph.D. taktéž z Vysokého učení technického v Brně s příspěvkem „Investigating the evolution and characteristics of laser induced plasmas by methods in combination with LIBS“.

Závěrem blahopřeji všem oceněným a děkuji ostatním soutěžícím za prezentaci kvalitních prací. Poděkování patří také autorům posudků soutěžních prací, kteří hodnocení věnují svůj čas a úsilí. Souhrny oceněných prací jsou součástí Bulletinu č. 202.

Kategorie A - 1. místo

Plazmonika neušlechtilých kovů

• Ing. Michael Foltýn (Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně, Ústav fyzikálního inženýrství)
• E-mail: [email protected]

Lokalizované plazmonové rezonance (LPR) jsou kolektivní oscilace volných elektronů, které lze excitovat elektromagnetickou vlnou dopadající na kovovou nanočástici. Touto budící elektromagnetickou vlnou může být nejen klasická světelná vlna, ale také svazek elektronů. Atraktivita LPR tkví v jejich schopnosti zesílit lokální elektromagnetické pole v okolí samotné nanočástice. Pro tuto vlastnost se plazmonicky aktivním kovovým nanočásticím říká plazmonické antény.

Jedním ze způsobů analýzy plazmonických vlastností těchto antén je spektroskopie energiových ztrát elektronů (EELS) prováděná v transmisním elektronovém mikroskopu. Svazek elektronů svým průchodem excituje v nanočástici plazmonovou rezonanci a v průběhu tohoto neelastického rozptylu ztrácí energii odpovídající energii vybuzené LPR. Tyto prošlé elektrony lze následně pomocí magnetického hranolu rozdělit podle energie a vytvořit tak energiové spektrum prošlých elektronů, které je zaznamenáno pomocí CCD kamery.

Plazmonické anténky jsou aktuálně využívány především v biosenzorice [1, 2] a optice [3], avšak jejich plazmonické vlastnosti nabízejí i další možnosti použití. Mohou být součástí kvantových výpočetních modulů [4], absorbéry v solárních článcích [5] či vysoce účinnými světelnými zdroji [6]. Hlavní limitací širšího využití plazmonických antén v každodenních aplikacích je vysoká cena jejich výroby, způsobená nejen náročnými technologiemi, ale také použitím drahých materiálů (obvykle zlato nebo stříbro). Cílem mé práce proto bylo prozkoumat možnosti použití neušlechtilých kovů jako alternativních plazmonických materiálů.

Na základě jednoduchých numerických simulací plazmonických antén vyrobených z olova, bismutu, india a cínu jsem se rozhodl zaměřit na bismut, jehož simulované antény vykazovaly nejintenzivnější LPR.

Proces výroby spočíval v naprášení polykrystalické bismutové vrstvy na tenkou membránu SiNx a následné litografii antén pomocí fokusovaného iontového svazku. Vyráběl jsem dva druhy antén: tyčinkovité anténky ve tvaru obdélníku a motýlkovité anténky tvořené dvěma trojúhelníky. Dále jsem pyrolýzou octanu bismutitého v roztoku ethylenglykolu syntetizoval monokrystalické bismutové nanočástice kulového tvaru. Plazmonické vlastnosti těchto polykrystalických antén a monokrystalických nanočástic jsem následně charakterizoval metodou EELS.

Energiová spektra naměřená na bismutových polykrystalických anténách obsahovala zřetelné píky odpovídající plazmonovým rezonančním módům typickým pro použité geometrie antén. Samotné píky byly však poměrně široké, pravděpodobně vlivem tlumení plazmonových rezonancí způsobeného drsností povrchu antének. Srovnání plazmonových píků na bismutových anténách s píky na zlatých anténkách stejných rozměrů ukázalo, že energie plazmonových rezonancí je u obou materiálů v podstatě identická. Závislost energie na reciproké šířce antén dále ukázala, že bismut zcela pokrývá a mírně přesahuje interval použitelných vlnových délek zlata. To z něj činí perspektivní materiál, který může v plazmonických aplikacích zlato plně nahradit, a přitom výrazně snížit výrobní náklady.

Energiová spektra chemicky syntetizovaných bismutových nanočástic rovněž potvrdila přítomnost plazmonových rezonancí. Avšak kvůli přítomnosti surfaktantových vrstev na povrchu nanočástic bylo určování a identifikace plazmonových píků komplikované a méně spolehlivé. Proto jsem jako vhodnější výrobní metodu pro plazmonické aplikace shledal litografii nadeponovaných tenkých vrstev.

SSJMM / Michael Foltýn: Obr. 1: a) EEL spektra z okrajů a středu zlaté (žlutá) a bismutové (červená) bowtie anténky stejné velikosti. Ve spektrech jsou viditelné píky odpovídající transverzálnímu dipólovému (TD) a longitudinálnímu dipólovému antivazebnému (LDA) plazmonovému módu. Obě anténky jsou zobrazeny na mikrografech z rastrovacího transmisního elektronového mikroskopu. b) Závislost energie plazmonových rezonančních módů na reciproké šířce křidélka zlatých a bismutových antén. Z překryvu disperzních křivek obou materiálů je zřejmé, že bismut je levnější alternativou k doposud používaným zlatým anténkám. V levé části je schéma rozložení náboje v anténce pro LDA a TD módy a naměřené prostorové rozložení ztrátové pravděpodobnosti pro energie obou módů.