정전기력에 의한 금 나노입자의 선택적 자가배열 및 광학적 특성

Abstract

홀로리소그래피의 한 시스템인 로이드 미러(Lloyd's mirror)를 사용하여 금 회절격자를 만들었고 화학적 처리를 통하여 금 회절격자의 각 부분에 서로 다른 표면전하를 갖는 물질을 도포시켰다. 회절격자 내의 금, 실리콘에 각각 APTES, MUA 단층을 만들었고 각 단층과 금 나노입자 간 정전기력(Double layer interaction)과 반데르발스 힘을 고려하여 각 단층과 금 나노입자 사이 거리에 따른 힘을 계산하였다. APTES, MUA, 금 나노입자 모두 고려된, 조금 더 복잡한 시스템에서 계산을 할 필요가 있는데 이를 위해 금 나노입자를 점전하로 가정했으며, 구조물 주변의 전기장 분포를 FEM을 이용하여 계산하였다. 구조물의 특징을 나타내기 위해 A값을 정의하였으며, 이를 이용하여 회절격자 내 금의 두께, 폭, 각 단층의 표면 전하의 크기 등이 변수일 때 전기장 분포가 어떤 식으로 변화하는지 계산하였다. 이러한 구조물의 한 예로 1차원 금 회절격자(주기 1 μm, 두께 40 nm, 실리콘 부분의 폭 600 nm), 2차원 금 회절격자(주기 500 nm, 두께 40 nm, 실리콘 부분의 폭 350 nm)에서 APTES, MUA 처리를 한 후 20 nm 의 직경을 가지는 금 나노입자를 자가배열하였다. 또한 이러한 구조물의 광학적 특성(흡수도)를 보기 위해 FEM을 이용하여 수치해석적으로 계산하였다. 자가배열된 금 나노입자의 개수, 금 나노입자 간 거리, 금 나노입자의 직경 등에 따라 흡수도가 어떤 식으로 변화하는지 계산하였다.