Please use this identifier to cite or link to this item: https://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/86387
Or use following links to share this resource in social networks: Recommend this item
Title Hydrogen Treatment of SPR Film Sensors: Experiments and Theoretical Modeling
Other Titles Обробка воднем плівкових датчиків SPR: експерименти та теоретичне моделювання
Authors Vasiljev, A.G.
Vasyliev, T.A.
Zhelezniak, R.O.
Doroshenko, T.P.
ORCID
Keywords водень
електроліз
обробка воднем
дифузія водню
золота плівка на склі
поверхневий плазмонний резонанс
hydrogen
electrolysis
hydrogen treatment
hydrogen diffusion
gold film on glass
surface plasmon resonance
Type Article
Date of Issue 2021
URI https://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/86387
Publisher Sumy State University
License In Copyright
Citation A.G. Vasiljev, T.A. Vasyliev, et al., J. Nano- Electron. Phys. 13 No 6, 06008 (2021). DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.13(6).06008
Abstract У роботі наведено експериментальні та теоретичні дослідження змін оптичних властивостей датчиків SPR під впливом водню. Теоретичне моделювання обробленого водневого датчика SPR проведено з використанням методу трансфер-матриць та наближень ефективного середовища. Під час моделювання розглядалися різні можливості впливу водню. Встановлено, що накопичення водню на межі розділу скло-хром не може змінити спектр SPR. Експериментально спостережувані зміщення у спектрі SPR в основному були пов'язані з накопиченням водню у всіх товщах шару золота шляхом утворення порожнин, заповнених воднем. Накопичення водню в об'ємі золотої плівки також призвело до збільшення резонансного значення SPR. Навпаки, теоретичне моделювання збільшення шорсткості поверхні золота передбачило зменшення амплітуди резонансу. В результаті було запропоновано комплексний теоретичний опис процесів, які відбувалися в датчиках SPR під час обробки воднем. Передбачення були такими. Коливання поверхневого рівня перед обробкою воднем становили 2 нм, а через можливість руйнування поверхні коливання поверхневого рівня були збільшені до 3 нм. Шар "твердого" золота до обробки воднем становив 48,5 нм, а після дії водню він збільшився до 53,35 нм. Середня об'ємна концентрація порожнин у цьому шарі становила приблизно 10 %. Порожнини з воднем однорідно розподілялися по об'єму. Товщина шару хрому до обробки воднем становила 5 нм, а після обробки воднем товщина цього шару була збільшена до 6 нм. Обсяг порожнин з воднем у хромі становив 20 %.
The present paper deals with the experimental and theoretical studies of changes of optical properties of SPR sensors under the influence of hydrogen. Theoretical modeling of the SPR sensor treated with hydrogen was performed using the transfer matrix method and effective medium approaches. Different possibilities of hydrogen influence were considered during the modeling. It was established that the accumulation of hydrogen at the glass-chromium interface could not change the SPR spectrum. The experimentally observed shifts in the SPR spectrum were mainly related to the accumulation of hydrogen in all thicknesses of the gold layer by means of the formation of cavities filled with hydrogen. The accumulation of hydrogen in the bulk of the gold film also led to an increase in the SPR resonance value. On the contrary, the theoretical modeling of the increase in the surface roughness of gold predicted a decrease in the amplitude of the resonance. As a result, a complex theoretical description of the processes, which took place in SPR sensors during hydrogen treatment, was proposed. The predictions were as follows. The oscillations of the surface level before hydrogen treatment were 2 nm, and due to the possibility of surface destruction, the oscillations of the surface level increased to 3 nm. The layer of "solid" gold before hydrogen treatment was 48.5 nm, and after hydrogen it increased to 53.35 nm. The average volume concentration of cavities in this layer was about 10 %. The cavities with hydrogen were homogeneously distributed over the volume. The thickness of the chromium layer before hydrogen treatment was 5 nm, and after hydrogen treatment the thickness of this layer increased to 6 nm. The volume of cavities with hydrogen in chromium was 20 %.
Appears in Collections: Журнал нано- та електронної фізики (Journal of nano- and electronic physics)

Views

Australia Australia
1
Belgium Belgium
1
China China
293241
Finland Finland
47
Germany Germany
13823
Greece Greece
242
Ireland Ireland
97531948
Japan Japan
1
Lithuania Lithuania
1
Portugal Portugal
1013246
Sweden Sweden
1
Ukraine Ukraine
11253039
United Kingdom United Kingdom
4906512
United States United States
573833853
Unknown Country Unknown Country
11253038
Vietnam Vietnam
244

Downloads

China China
195037697
Germany Germany
4906510
Hong Kong SAR China Hong Kong SAR China
1
Indonesia Indonesia
1
Ireland Ireland
1
Lithuania Lithuania
1
South Korea South Korea
1
Ukraine Ukraine
40012672
United Kingdom United Kingdom
1
United States United States
447568469
Unknown Country Unknown Country
1
Vietnam Vietnam
1

Files

File Size Format Downloads
Vasiljev_jnep_6_2021.pdf 678.16 kB Adobe PDF 687525356

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.