Анотація до роботи:

Ренгевич О.В. Фізичне моделювання хіміко-біологічних сенсорів на основі поверхневого плазмонного резонансу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 – фізика приладів, елементів та систем. - Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2004.

Дисертація присвячена дослідженню взаємодії світла з плоскою межею поділу метал-діелектрик та з мікрорельєфною межею поділу метал-напівпровідник у режимі збудження поверхневого плазмонного резонансу. Головною метою роботи була розробка фізичних моделей для адекватної оцінки параметрів ППР-сенсорів і точності їх визначення. В роботі розглянуто базові модельні системи, що враховують наявність адсорбованого шару, вплив морфології (шорсткості) адсорбованого шару та активного плазмон-несучого покриття, показник заломлення імерсійного середовища, тощо. Досліджено однозначність визначення параметрів плівок на основі кривих ППР. Запропоновано методику розрахунку кількох параметрів тонких плівок на основі виміряних кутових спектрів ППР у різних імерсійних середовищах. Досліджено зміни ефективних оптичних параметрів тонких плівок золота та каліксаренів при адсорбції органічних розчинників із насичених парів.

1. Запропоновано методику розрахунку параметрів тонких плівок на основі кутових спектрів ППР, виміряних у різних імерсійних середовищах. Показано, що імерсійний метод ППР є інформативним засобом одночасного визначення товщини та показника заломлення поверхневих плівок у діапазоні товщин 20 нм, що дає можливість визначати додаткові параметри адсорбованих шарів.

2. Показано, що параметри оптичної системи з довільної кількості плоско-паралельних шарів можуть бути визначені на основі матриць Абеля. Запропоновано алгоритми розрахунку та вирізнення несправжніх параметрів металевої плівки.

3. Методами чисельного моделювання проаналізовано вплив розбіжності пучка та нестабільності джерела світла, похибок у вимірюванні кута падіння та показника заломлення імерсійного середовища на точність визначення оптичних параметрів системи. Показано, що основний вклад у похибки вимірювання вносять похибки визначення кута падіння променя світла та показника заломлення імерсійного середовища.

4. Показано, що вплив адсорбції великих глобулярних білкових молекул на резонансну криву ППР може бути адекватно описаний у рамках моделі ефективних однорідних плоскопаралельних ізотропних шарів. Для роздільного визначення товщини та показника заломлення ефективного плоскопаралельного шару, що моделює адсорбцію білкових молекул, може бути застосований метод двох імерсійних середовищ.

5. Показано, що зміни в кутових спектрах ППР термічно нанесених плівок золота під впливом парів органічних розчинників найбільш адекватно описуються за допомогою моделі з адсорбованим шаром розчинника на поверхні плівки золота, тоді як параметри плівки золота при наявності парів розчинників в оточуючому середовищі можна вважати незмінними.

6. Продемонстровано можливість використання методу поверхневого плазмонного резонансу для дослідження адсорбції парів розчинників на поверхні металів та оцінки товщини адсорбованої плівки органічних розчинників на золоті.

7. Показано, що адсорбція толуолу з парової фази приводить до збільшення товщини плівок каліксаренів на 35-65% та зменшення показника заломлення, що пов’язано з утворенням комплексів толуолу з каліксаренами. Модель ефективного середовища Бругемана застосована для визначення відношення між кількістю молекул толуолу та каліксаренів під час циклів адсорбції-десорбції насичених парів толуолу тонкими плівками каліксаренів.

8. Продемонстровано можливість розкладу спектра ППР для шорсткої плівки каліксаренів на складові з плівками різних товщин. Діапазон зміни товщини плівки підтверджено вимірюванням топографії поверхні методом АСМ.

Публікації автора:

1. Beketov G.V., Shirshov Yu.M., Shynkarenko O.V., Chegel V.I. Surface plasmon resonance spectroscopy: prospects of superstrate refractive index variation for separate extraction of molecular layer parameters // Sensors & Actuators: B. Chemical. - 1998.- V. 48, №1-3. - P. 433-439. ,

2. Shirshov Yu., Beketov G., Rengevych O., Zynio S., Kalchenko V. Influence of solvent molecules adsorption on thin calixarene films thickness and refractive index measured by surface plasmon resonance // Proc. Electrical and related properties of organic solids EPROS-8. – Szklarska Poreba (Poland). – 1999. –P.153.

3. Rengevych O.V., Shirshov Yu.M., Ushenin Yu.V., Beketov A.G.. Separate determination of thickness and optical parameters by surface plasmon resonance: accuracy consideration // Semiconductor Physiccs, Quantum Electronics and Optoelectronics. – 1999. - V. 2, №2. – P.28-35.

4. Shirshov Yu., Beketov G., Rengevych O., Lamartine R., Coleman A., Bureau C. Influence of solvent molecules adsorption on thin calixarene films thickness and refractive index measured by SPR // Functional materials. - 1999. - V. 6, №3. – P.1-5.

5. Shirshov Y., Snopok B., Rengevych O., Kalchenko V., Coleman, A. Relaxation of nanostructured molecular materials under the influence of solvent vapors // Frontiers of Multifunctional Nanosystems edited by Eugenia Buzeneva and Peter Scharff. NATO Science Series II Mathematics, Physics and Chemistry. V.57. – 347-368.

6. Ренгевич О. В., Бєкєтов Г. В., Ширшов Ю. М., Щербацький В. П. Визначення змін в ефективних оптичних параметрах тонких плівок золота при адсорбції органічних розчинників з насиченої пари // Вісник Київського університету, cерія: фізико-математичні науки. – 2004. – Т.1. – С. 1-10.

7. Ренгевич О. В. Оптичні сенсори на основі поверхневого плазмонного резонансу: методи розширеного аналізу експериментальних даних// Тези Лашкарьовських читань, Київ, 2003. – С.31.

8. Snopok B.A., Kostukevych E.V., Rengevych O.V., Shirshov Yu.M., Venger E.F. A biosensor approach to probe the structure and function of the adsorbed proteins: Fibrinogen at the gold surface // Semiconductor Physiccs, Quantum Electronics and Optoelectronics. - 1998. - V. 1, №1. – P.121-134.

9. Chegel Vladimir, Subota Yuri, Maistrenko Anatoly, Rengevych Olena, Chegel Yuri. Computation modeling of surface plasmon resonance curves changes after treatment of plasma carrier layer // Proc. 5th NEXUSPAN Workshop on Thermal Aspects in Microsystem Tehnology. – Budapest (Hungaary). - 1998. – P. 59-62.

10. Shirshov Yuri, Snopok Boris, Kostioukevich Katrin, Shynkerenko Olena, Gavriluk Ivanna, Kolesnikova Irina, Lougovskoi Edward, Komissarenko Sergei. Fibrinogen at the gold surface: pecuiliarities of the adsorption kinetic and structure // Proc. European Conference of Thin Organised Films. - Potsdam (Germany). – 1998. – P. 393-395.

11. Борковская О.Ю., Дмитрук Н.Л., Войциховский Д.И., Конакова Р.В., Мамыкин С.В., Миленин В.В., Мамонтова И.Б., Ренгевич Е.В., Соловьев Е.А., Тагаев М.Б. Особенности радиационных эффектов в поверхностно-барьерных структурах металл-полупроводник с микрорельефной границей раздела // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 1999. - №. 8. – С. 87-91.

12. Vasin A.V., Gontar A.G., Matveeva L. A., Rengevych E.V., Kutsai A.M., Khandozhko S.I. Mechanical stresses in the a - С:H/Si system // Functional materials. - 1999. - V. 6, №3. – P.535-538.

13. Lashkarev G.V., Radchenko M.V., Slynko E.I., Vodopiyanov V.N., Asotsky V.V., Kaminsky V.M., Beketov G.V., Rengevych O.V. Hot wall growth and properties of lead telluride films doped by germanium and gallium // Semiconductor Physiccs, Quantum Electronics and Optoelectronics. - 2000. - V. 3, №3. – P. 295-299.

14. Beketov G.V., Rashkovetskiy L.V., Rengevych O.V., Zhovnir G.I. AFM study of micromorphology and microscopic growth mechanisms of Hg1-xCdxTe LPE epitaxial layers // Semiconductor Physiccs, Quantum Electronics and Optoelectronics. – 2000. - V. 3, №1. – P. 45-51.

15. Horvath Zc.J., Rengevych O.V., Mamykin S.V., Dmitruk N.L., Tuyen Vo Van, Szentpali B., Konakova R.V., Belyaev A.E. Effect of interface roughness and morphology on the electrical behavior of Au/n-GaAs Schottky diodes // Proc. 3d International Euro Conference on Advanced Semiconductor Devices and Microsystems. - Smoleenice Castle (Slovakia). – 2000.

16. Kostyukevych K.V., Venger E.F., Rengevych E.V., Kostyukevych S.A., Verevka S.V., Boltovets P.M., Dyachenko N.S. Adaptive functional support for bioreceptors based on protein layers // Proceedings of SPIE. – 2001. - V. 4425. – P.194-205.

17. Поліщук В. П., Ренгевич О.В., Бекетов Г.В., Тивончук Т.П., Бойко А.Л. Вивчення вірусу тютюнової мозаїки за допомогою атомно-силового мікроскопу// Биополимеры и клетка. – 1999. – Т.15, №5. – С. 456-460.

18. Полищук В. П., Тывончук Т.П., Ренгевич О.В., Бекетов Г.В., Будзанивская И.Г., Бойко А.Л. Использование метода атомно-силовой микроскопии для исследования морфологии и структурной организации вирусов// Мікробіологічний журнал. – 2000. – Т.62, №6. – С. 40-43.

19. Dmitruk N.L., Borcovskaya O.Yu., Mamontova I.B., Rengevych O.V. Computer simulation of surface barrier solar cells with microlief interface // Proc. International Semiconductor Conference, CAS-98. - Sinania (Romania). – 1998. – P.535-538.

20. Dmitruk N.L., Mamykin S.V., Rengevych O.V. Formation, geometric and electronic properties of microrelief Au-GaAs interfaces // Applied Surface Science. – 2000. - V. 166. -P. 97-102.

21. Dmitruk N.L., Borkovskaya O.Yu., Mamontova I.B., Mamykin S.V., Mayeva O.I., Rengevych O.V., Yastrubchak O.B. Ordinary and polaritonic photodetectors and chemical sensors on the basis of Schottky barrier with corrugated interface // Microelectronics. Proc. 22nd International Conference on Microelectronics. – 2000. - V.2. – P. 589-591.

22. Dmitruk N.L., Mikhailik T.A., Kolesnik M. O., Rengevych O.V. and Romaniuk V.R. Atomic Force microscopy and optical characterization of geometrically disordered GaAs surfaces. // Proc. Advances in Microstructural Characterization of Optoelectronic Materials. - Alvia (Spain). - 1999. - Роster 53.