Lapisan logam berstruktur nano tipis telah menarik minat luas untuk potensi penerapannya dalam teknologi plasmonik. Sensor berbasis resonansi plasmon permukaan (SPR) adalah salah satu dari banyak teknologi plasmonik yang secara aktif dikembangkan dalam beberapa decade terakhir. Plasmon permukaan (SPs) adalah osilasi koheren elektron bebas pada antarmuka logam-dielektrik. SPR menjelaskan fenomena penyerapan kuat cahaya magnet transversal yang disebabkan oleh resonansi, yang terjadi ketika vektor gelombang cahaya datang cocok dengan vektor SPs. Untuk mengoptimalkan kinerja sensor, banyak peneliti telah memodifikasi sifat morfologi lapisan logam. Investigasi semacam itu didokumentasikan secara luas baik dalam studi teoretis maupun eksperimental. Dalam satu pendekatan, struktur serat optik dari sensor plasmonik dimodifikasi dengan pemolesan. Setelah pemolesan, morfologi lapisan logam tidak homogen yang disebabkan oleh struktur silinder serat optik menjadi permukaan serat optik data.
Kekasaran permukaan serat optik yang dipoles masih memerlukan perhatian yang serius. Menurut beberapa artikel teoretis dan eksperimental tentang konfigurasi berbasis prisma, karakteristik kurva SPR tidak hanya dipengaruhi oleh ketebalannya dan homogenitas dari lapisan logam tetapi juga oleh kekasaran lapisan. Pergeseran frekuensi SPR sangat berkorelasi dengan modifikasi morfologi lapisan, yang menyiratkan perubahan perilaku interaksi materi-cahaya (penyerapan, refleksi, dan transmisi). Fenomena ini dapat dipahami melalui konstanta dielektrik kompleks bahan, yang terdiri dari komponen nyata dan imajiner yang masing-masing mewakili defleksi dan penyerapan cahaya.
Dalam penelitian ini, sensor berbasis SPR dibuat dengan melapisi Au sebagai bahan plasmonik pada substrat serat optik yang dipoles melalui deposisi penguapan termal. Dalam teknik deposisi sederhana ini, ketebalan film dapat dikontrol secara tepat dengan mengatur tekanan ruang, arus filamen, dan waktu pemaparan. Di sini, waktu deposisi (waktu pemaparan logam) lapisan Au diubah untuk mencapai ketebalan yang berbeda pada laju deposisi yang sama. Waktu deposisi divariasikan dengan mengatur tekanan vakum dan arus filamen.
Metode dan Hasil
Ketebalan dan kekasaran lapisan logam sangat mempengaruhi kinerja sensor berbasis resonansi plasmon permukaan (SPR). Metode pengendapan, parameter kontrol, dan karakteristik substrat mempengaruhi ketebalan dan kekasaran lapisan. Penelitian ini menyelidiki karakteristik SPR permukaan serat optik yang dipoles dan dilapisi logam emas (Au) dengan ketebalan berbeda. Lapisan Au diendapkan melalui metode evaporasi termal, dan ketebalannya bervariasi dengan mengontrol waktu pengendapan (3“6 menit). Hubungan proporsional antara ketebalan dan waktu deposisi diamati. Struktur berbentuk pulau pada morfologi emas (Au) terbentuk karena rendahnya daya rekat pada substrat. Bentuk pulau ini menimbulkan celah pada lapisan sehingga menimbulkan hamburan. Selain itu, kekasaran permukaan emas memicu fenomena Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR).
Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa kekasaran substrat, morfologi, dan ketebalan lapisan Au berperan penting dalam menentukan karakteristik kurva SPR pada sensor plasmonik serat optik. Hasilnya, pada percobaan dasar, sampel dengan ketebalan Au 27,37 nm (waktu deposisi =3 menit) menunjukkan karakteristik yang lebih baik (lebar penuh setengah maksimum, transmitansi minimum, dan panjang gelombang resonansi) dibandingkan dengan sampel dengan ketebalan Au 53,97 nm (waktu deposisi=4 menit), Meskipun 53,97 nm adalah ketebalan optimal dari simulasi menggunakan parameter optik referensi.
Penulis : Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Freygieon Ogiek Rizal Sukma, Mahardika Auditia Hanif, Masruroh, Dionysius J D G Santjojo, Retna Apsari, Hendra Sutanto, Imam Tazi: Effects of Thickness and Roughness on Plasmonic Characteristics of gold thin films deposited on polished optical fiber
