Reconfigurable chiral plasmonic nanostructures with giant optical activity

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202104081866
Title: Reconfigurable chiral plasmonic nanostructures with giant optical activity
Author: Hällsten, Susanna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202104081866
http://hdl.handle.net/10138/328835
Thesis level: master's thesis
Abstract: Kiraalisuus on luonnossa usein esiintyvä geometrinen epäsymmetrisyyden ominaisuus, jolloin objektia ja sen peilikuvaa ei voida asettaa rakenteellisesti täysin päällekkäin millään tavalla kääntämällä. Kiraaliset metalliset muutaman kymmenen nanometrin kokoluokan partikkelit absorboivat vasenja oikeakätistä ympyräpolarisoitua valoa eri määrän tavanomaisesti näkyvän valon aallonpituuksilta. Näiden absorbaatioiden erotus, nimeltään sirkulaarinen dikroismi (CD) ja vahvasti siihen liittyvä anisotropiatekijä, eli CD spektri normalisoituna kokonaisabsorbaatiolla, ovat arvoja, joita käytetään tutkimaan ja vertailemaan eri kiraalisten muodostelmien optista aktiivisuutta. Tämän tutkielman tarkoituksena oli tutkia ja optimoida kahdesta nanoskaalan kultananosauvasta koostuvan muodostelman rakenteellisia ominaisuuksia suurimman anisotropiatekijän saavuttamiseksi. Geometria koostui kahdesta kultasauvasta, jotka oli yhdistetty DNA juosteista taiteltuun kolmiulotteiseen DNA origami rakenteella ristin muotoiseen kiraaliseen rakennelmaan. Pienet muutoksen muodostelman geometriassa vaikuttivat sen optiseen aktiivisuuteen huomattavasti. Tutkittuja ominaisuuksia olivat hopeapäällyste kultapartikkelien päällä, kultapartikkelien koko, niiden välinen kulma sekä etäisyys. Kokoeron vaikutusta anisotropiatekijään tutkittiin erikokoisilla kultasauvoilla. Sauvojen välistä kulmaa kontrolloitiin erilaisilla DNA juosteista rakennetuilla silloilla DNA origamin kahvojen välissä ja sauvojen välistä etäisyyttä säädettiin tioli-muokattujen DNA juosteiden avulla, jolla kultasauvat kiinnittyvät DNA origamirakenteeseen. Näytteiden CD spektri ja anisotropiatekijä mitattiin CD spektroskoopilla ja eri muodostelmien anisotropiatekijän huippuarvoja vertailtiin keskenään. Tuloksista ilmeni, että korkein anisotropiatekijä saavutettiin 33×74 nm kokoisilla kultasauvoilla, joiden välissä oli noin 55° kulma ja 24nm välinen etäisyys. Muodostelman geometristen ominaisuuksien optimoimisen tuloksena anisotropiatekijä kasvoi 0.05:stä merkittävään 0.11:n, mikä on korkein dokumentoitu anisotropiatekijä tämänkaltaisella kultasauvamuodostelmalla. Tulevaisuudessa tämän kaltaista kultananosauvamuodostelmaa voisi hyödyntää kiraalisissa ilmaisimissa.Chiral assemblies of metal nanoparticles absorb and/or scatter left and right handed circularly polarized light with different intensities usually from the visible light spectral region. This difference in the absorption called circular dichroism (CD) and closely related anisotropy factor (g-factor), which is the CD spectrum normalized with the overall absorption, describe the optical activity of the chiral assemblies. The aim of this thesis was to study and optimize the different structural parameters affecting the g-factor of a chiral gold nanorod (AuNR) dimer to reach the highest possible value. The structure consisted of two AuNRs bound together with a DNA origami in a crossed fingers conformation. The properties studied were silver as a coating material of the AuNRs, the dimensions of the AuNRs, angle between the long axes of the AuNRs and the interparticle distance. The dimensions comparison was studied with different sized AuNRs, the angle was controlled by changing the DNA strands working as a bridge between the two bundles in the DNA origami and the distance between the AuNRs was controlled by the length of the thiol treated DNA strands used for the AuNR binding to the origami. The experiments showed that the best g-factor was achieved with 33×74 nm sized AuNRs with an angle of approximately 55° and an interparticle distance of 24nm. Optimized assembly made a notable increase in the g-factor from 0.05 to 0.12. This is a highest g-factor recorded in a AuNR dimer structure up to date and thus the assembly could be of great use in the chiral sensing field in the future.
Subject: Chirality
circularly polarized light
circular dichroism
g-factor
Full text embargoed until: 2022-04-08


Files in this item

Files Size Format View

Embargo on files ends: 2022-04-08

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record