Výsledky soutěže o nejlepší práci mladých autorů v oboru spektroskopie 2024 - kat. B 2. místo
SSJMM / Konečná: Obr. 1. (a) Srovnání experimentálních (vlevo) a teoreticky modelovaných (vpravo) spekter energiových ztrát elektronů v závislosti na vzdálenosti elektronového svazku od hrany tenké vrstvy hBN. Pomocí modelu lze určit, že ve vrstvě jsou excitovány fononové polaritony a vyextrahovat disperzní závislost těchto excitací. Převzato z první soutěžní práce. (b) Disk Ag2Te zobrazený pomocí světla s frekvencí 4.25 THz rastrovacím optickým mikroskopem v blízkém poli (vlevo) a fourierovská transformace obrazu (vpravo), kde je patrná excitace anisotropně se propagujících plasmonových polaritonů. Převzato z třetí soutěžní práce.
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 B - 2. místo
Nízkoenergiové polaritonové excitace zkoumané pomocí elektronů a fotonů
- doc. Ing. Andrea Konečná, Ph.D. (Fakulta strojního inženýrství a Středoevropský technologický institut, Vysoké učení technické v Brně)
- Ústav fyzikálního inženýrství
- E-mail: [email protected]
Seznam soutěžních prací:
- Konečná, A.; Li, J.; Edgar, J. H.; García de Abajo, F. J.; Hachtel, J. A. Revealing Nanoscale Confinement Effects on Hyperbolic Phonon Polaritons with an Electron Beam. Small 2021, 2103404, 1-9.
- Gallina, P.; Konečná, A.; Liška, J.; Idrobo, J. C.; Šikola, T. Strongly Coupled Plasmon and Phonon Polaritons as Seen by Photon and Electron Probes. Phys. Rev. Appl. 2023, 19, 024042, 1-9.
- Chen, S.; Leng, P. L.; Konečná, A.; Modin, E.; Gutierrez-Amigo, M.; Vicentini, E.; Martín-García, B.; Barra-Burillo, M.; Niehues, I.; Maciel Escudero, C.; Xie, X. Y.; Hueso, L. E.; Artacho, E.; Aizpurua, J.; Errea, I.; Vergniory, M. G.; Chuvilin, A.; Xiu, F. X.; Hillenbrand, R. Real-space observation of ultraconfined in-plane anisotropic acoustic terahertz plasmon polaritons. Nat. Mater. 2023, 22, 860-866.
Polaritony jsou hybridní excitace světla a hmoty, které umožňují extrémní lokalizaci elektromagnetického pole a díky tomu mají řadu aplikací, například v (nano)zobrazování, senzorice, optoelektronice nebo vlnovodné technice. Vlastnosti polaritonových excitací mohou být kontrolovány pomocí (nano)strukturování a výběrem vhodného materiálového prostředí, avšak ověření kýžených vlastností nemusí být právě kvůli lokalizaci polaritonového pole pod difrakčním limitem snadné.
Tento soubor prací představuje dvě techniky, kde jsme pro zkoumání polaritonů v infračervené oblasti spektra využili velmi lokalizované sondy v podobě úzkého elektronového svazku a světla zfokusovaného na nanometrický hrot.
První předkládaná práce se zabývá fononovými polaritony v tenkých vrstvách hexagonálního nitridu boru (hBN). Ukázali jsme, že fononové polaritony lze snadno vybudit pomocí elektronového svazku v rastrovacím prozařovacím elektronovém mikroskopu. Díky možnosti detekce velmi malých energiových ztrát elektronů a kontrolované pozici svazku na vzorku jsme dokázali vlastnosti fononových polaritonů charakterizovat jak spektrálně, tak prostorově (jak lze vidět ve spektrech na obr. 1(a)).
Za využití kombinace experimentálních výsledků a semianalytického modelování jsme zjistili, že hrany vzorku nebo nehomogenity v substrátu mohou zásadně ovlivnit vlastnosti fononových polaritonů, konkrétně změnit jejich propagaci nebo zajistit větší lokalizaci pole, což by mohlo být klíčové pro nanosenzory nebo vlnovody vyrobené z hBN.
V druhé soutěžní práci jsme zkoumali možnost elektromagnetické vazby mezi dvěma různými typy polaritonových excitací: lokalizovaných plasmonových polaritonů ve zlatých nanočásticích, tzv. nanoanténách, a fononových polaritonů v tenké vrstvě oxidu křemičitého. Díky kombinované excitaci fononových a plasmonových polaritonů lze dosáhnout dalších zajímavých efektů, jako je například spektrální posuv, řízení směrovosti propagace nebo fokusace pole.
Vlastnosti těchto spřažených excitací jsme analyzovali pomocí infračervené spektroskopie v dalekém poli, ale také jsme využili spektroskopii energiových ztrát v elektronovém mikroskopu. Ukázali jsme, jak výsledky získané pomocí obou technik interpretovat a porovnat. Také jsme zjistili, že pomocí polohy elektronového svazku lze ovládat míru vybuzení plasmonových excitací a v důsledku i to, jak silné vazby mezi oběma typy excitací dosáhneme.
Poslední práce využívá pro prostorově-spektrální analýzu polaritonových excitací rastrovací optickou mikroskopii v blízkém poli. Tuto techniku jsme aplikovali ve studiu plasmonových polaritonů v telluridu stříbrném (Ag₂Te). Tento materiál se vyskytuje v monoklinické krystalové struktuře a za pokojové teploty chová jako slabě dopovaný polovodič.
Zobrazováním tenké vrstvy a nanostruktur Ag₂Te jsme ukázali, že vlastnosti tohoto materiálu způsobují silnou anisotropii a nízkou energii plasmonů (odpovídající frekvencím v jednotkách THz), což je pro tento typ excitací velmi netypické – obvykle lze plasmonové polaritony excitovat v ušlechtilých kovech, kde je jejich propagace isotropní a energie řádově vyšší. Ag₂Te tedy představuje zajímavou alternativu pro plazmonické aplikace v oblasti THz.
SSJMM / Konečná: Obr. 1. (a) Srovnání experimentálních (vlevo) a teoreticky modelovaných (vpravo) spekter energiových ztrát elektronů v závislosti na vzdálenosti elektronového svazku od hrany tenké vrstvy hBN. Pomocí modelu lze určit, že ve vrstvě jsou excitovány fononové polaritony a vyextrahovat disperzní závislost těchto excitací. Převzato z první soutěžní práce. (b) Disk Ag2Te zobrazený pomocí světla s frekvencí 4.25 THz rastrovacím optickým mikroskopem v blízkém poli (vlevo) a fourierovská transformace obrazu (vpravo), kde je patrná excitace anisotropně se propagujících plasmonových polaritonů. Převzato z třetí soutěžní práce.
