Μη-γραμμική οπτική απόκριση συζευγμένου συστήματος ημιαγώγιμης κβαντικής τελείας και μεταλλικού νανοελλειψοειδούς

datacite.contributor.RelatedPersonΘανόπουλος, Ιωάννης
datacite.contributor.RelatedPersonΣτεφανάτος, Διονύσιος
datacite.contributor.SupervisorΠασπαλάκης, Εμμανουήλ
datacite.contributor.SupervisorΚοσιώνης, Σπυρίδων
dc.contributor.authorΑλεβίζος, Δημήτριος
dc.contributor.otherAlevizos, Dimitrios
dc.date.accessioned2025-07-21T05:59:47Z
dc.date.available2025-07-21T05:59:47Z
dc.date.issued2025-07-14
dc.degreemasterThesis
dc.description.abstractΣτην παρούσα εργασία μελετάμε τη μη–γραμμική οπτική απόκριση του συστήματος που αποτελείται από μια ημιαγώγιμη κβαντική τελεία (Semiconductor Quantum Dot, SQD) κατασκευασμένη από CdSe, συζευγμένη μέσω δυναμικού Coulomb με ένα ελλειψοειδές μεταλλικό νανοσωματίδιο (Metallic Nanoparticle, MNP), κατασκευασμένο από χρυσό, υπό την επίδραση ισχυρού πεδίου άντλησης (pump) και ασθενούς πεδίου ανίχνευσης (probe). Στο Κεφάλαιο 1, παραθέτουμε το θεωρητικό υπόβαθρο που θα χρειαστούμε για την μελέτη του συστήματος. Ξεκινάμε παρουσιάζοντας την κατηγορία υλικών που ονομάζονται ημιαγωγοί. Αναλύουμε την ενεργειακή δομή τους και μελετάμε τις συνέπειες που έχει ο κβαντικός περιορισμός σε αυτήν, παραθέτοντας δομές κβαντικού περιορισμού, όπως το απειρόβαθο πηγάδι δυναμικού και η κβαντική τελεία. Εισάγουμε την έννοια των εξιτονίων και μελετάμε την συμπεριφορά τους εντός κβαντικών τελειών. Τέλος, παρουσιάζουμε τη μεθοδολογία του πίνακα πυκνότητας και εξάγουμε την εξίσωση Liouville–von Neumann. Στο Κεφάλαιο 2, προχωράμε στη μαθηματική μοντελοποίηση του συστήματος SQD-MNP. Εξάγουμε την εξίσωση του ηλεκτρικού πεδίου για το εσωτερικό ημιαγώγιμης σφαίρας και την εφαρμόζουμε για την περίπτωση SQD παρουσία σφαιρικού MNP, ενώ παρουσιάζουμε πώς αυτή τροποποιείται στην περίπτωση ελλειψοειδούς MNP. Μοντελοποιούμε το SQD ως κβαντικό εκπομπό τριών επιπέδων και ξεκινώντας από την εξίσωση Liouville–von Neumann, μέσω ενός αναπτύγματος των στοιχείων του πίνακα πυκνότητας, λαμβάνουμε την επιδεκτικότητα πρώτης τάξης του. Μέσω της εικόνας των ενδεδυμένων καταστάσεων (dressed state picture), καταλήγουμε σε σχέσεις που ερμηνεύουν την οπτική συμπεριφορά του. Τέλος, αναλύουμε τα φάσματα διασποράς και απορρόφησης/κέρδους του SQD (dispersion και absorption/gain), υπό συνθήκες συντονισμού ενός και/ή δύο φωτονίων (one– και two–photon resonance).
dc.description.translatedabstractIn the present work, we study the nonlinear optical response of a system consisting of a semiconductor quantum dot (SQD) made of CdSe, coupled via Coulomb interaction to an ellipsoidal metallic nanoparticle (MNP) made of gold, under the influence of a strong pump field and a weak probe field. In Chapter 1, we present the theoretical background necessary for the study of the system. We begin by introducing the class of materials known as semiconductors. We analyze their energy structure and investigate the effects of quantum confinement on it, discussing quantum-confined structures such as the infinite potential well and the quantum dot. We introduce the concept of excitons and study their behavior within quantum dots. Finally, we present the density matrix formalism and derive the Liouville–von Neumann equation. In Chapter 2, we proceed with the mathematical modeling of the SQD–MNP system. We derive the equation for the electric field inside a semiconductor sphere and apply it to the case of an SQD in the presence of a spherical MNP, while also showing how it is modified for the case of an ellipsoidal MNP. We model the SQD as a three-level quantum emitter and, starting from the Liouville–von Neumann equation, we expand the density matrix elements and obtain its first-order susceptibility. Using the dressed state picture, we derive expressions that interpret its optical behavior. Finally, we analyze the dispersion and absorption/gain spectra of the SQD under conditions of one- and/or two-photon resonance.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10889/30180
dc.language.isoel
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectΜη-γραμμική οπτική
dc.subjectΗμιαγώγιμες κβαντικές τελείες
dc.subjectΣύζευξη πλασμόνιου–εξιτονίου
dc.subjectΥβριδικές νανοδομές
dc.subjectΝανοφωτονική
dc.subjectΜεταλλικά νανοελλειψοειδή
dc.subject.alternativeNonlinear optics
dc.subject.alternativeSemiconductor quantum dots
dc.subject.alternativePlasmon–exciton coupling
dc.subject.alternativeHybrid nanostructures
dc.subject.alternativeNanophotonics
dc.subject.alternativeMetallic nanoellipsoids
dc.titleΜη-γραμμική οπτική απόκριση συζευγμένου συστήματος ημιαγώγιμης κβαντικής τελείας και μεταλλικού νανοελλειψοειδούς
dc.title.alternativeNonlinear optical response of a coupled semiconductor quantum dot-metallic nanoellipsoid system

Files

Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Διπλωματική Εργασία_Αλεβίζος Δημήτριος.pdf
Size:
1.69 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
License bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
license.txt
Size:
5.02 KB
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description: