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• W1734131889 abstract "In this thesis, we introduce hole-mask colloidal lithography and nanosphere lithography techniques for low-cost nanofabrication of large-area (about 1 cm^2) plasmonic nanostructures with different complex shapes. For the first one, we use thin film PMMA-gold hole-masks, which are first prepared with polystyrene colloids, combined with following tilted-angle-rotation evaporation to fabricate large-area randomly deposited plasmonic nanostructures. For the second one, we use hexagonal close-packed polystyrene nanosphere monolayers directly as evaporation masks to fabricate large-area periodic plasmonic nanostructures. We describe the fabrication process step by step, and manufacture a variety of different plasmonic nanostructures for different sensing applications. For example, we use split-ring-resonators for antenna-assisted surface-enhanced infrared absorption measurements to detect monolayer molecules with an up to 20000-fold enhancement factor. We also utilize asymmetric double split-ring- resonators for localized surface plasmon resonance sensing with experimental sensitivities of up to 520 nm/RIU and figures of merit up to 2.9. Furthermore, we investigate plasmonic oligomers consisting of touching triangular building blocks, which show fundamental modes, higher-order modes, as well as Fano resonances due to coupling between bright and dark modes within the same complex structures. Large-area low-cost direct contact Au-Pd hydrogen sensors are demonstrated, which show much improved spectral shifts as large as 30 nm upon hydrogen exposure. Additionally, we improve hole-mask colloidal lithography for three-dimensional and multishape fabrication. With multiple repetitions of hole-mask lithography, single-layer metasurfaces with complex, multi-shape plasmonic nanostructures can be created that exhibit desired optical functionalities. Large-area and low-cost fabrication of different samples with independently tunable resonances is demonstrated. These single-layer metasurfaces could find possible applications as bifunctional surface-enhanced infrared absorption and surface-enhanced Raman spectroscopy, multi-line, as well as broadband substrates. The fabrication method is particularly suited for the creation of large-area, single-layer C3-symmetric chiral metasurfaces, and this approach circumvents common problems with elliptical birefringence and can be utilized for interaction with chiral substances. In dieser Arbeit fuhren wir zwei kostengunstige Herstellungsmethoden fur grosflachige (ca. 1 cm^2), komplexe, plasmonische Nanostrukturen mittels verschiedener Nanokugellithographietechniken ein. Fur die erste Methode verwenden wir Dunnschicht-PMMA-Goldlochmasken, die mit Hilfe von Polystyrolkolloiden hergestellt werden. In Kombination mit gekipptem und rotierendem Aufdampfen lassen sich grosflachige, willkurlich angeordnete, metallische Nanostrukturen herstellen. Bei der zweiten Methode verwenden wir eine hexagonal dichtest gepackte Monolage aus Polystyrolnanokugeln als Aufdampfmaske, um grosflachige, periodische, plasmonische Nanostrukturen zu realisieren. Wir beschreiben den Herstellungsprozess Schritt fur Schritt und die optische Eigenschaften der plasmonischen Nanostrukturen fur verschiedene Anwendungen. Wir verwenden Split-Ring-Resonatoren fur antennenunterstutzte, oberflachenverstarkte Infrarot-Absorptionsspektroskopie an einer Molekulmonolage. Dabei untersuchen wir Streckschwingungen der aufgebrachten Molekule und erhalten einen Verstarkungsfaktor von bis zu 20.000. Ein weiteres Beispiel sind asymmetrische Doppel-Split-Ring-Resonatoren, die fur plasmonische Sensoren mit experimentellen Empfindlichkeiten von bis zu 520 nm/RIU und Gutezahlen von 2,9 verwendet werden. Auserdem untersuchen wir Oligomerstrukturen, die aus dreieckigen, sich beruhrenden Bausteinen bestehen. Sie zeigen die fundamentale Mode und Moden hoherer Ordnung, sowie die Fano-Resonanz aufgrund der Kopplung zwischen hellen und dunklen plasmonischen Moden innerhalb derselben Strukturgeometrie. Grosflachige, kostengunstige Au-Pd Wasserstoffsensoren mit einer deutlich verbesserten spektralen Verschiebungen von 30 nm bei Wasserstoffexposition werden in ihrer Herstellung und Funktion vorgestellt. Daruber hinaus erweitern wir unsere Lochmaskenlithographiemethode auf die Herstellung dreidimensionaler Strukturen und realisieren unterschiedliche Geometrien auf einem Substrat. Fur eine bestimmte optische Multifunktionalitat lassen sich durch wiederholtes Durchfuhren unseres Lochmaskenlithographieverfahrens monolagige Metaoberflachen aus komplexen, verschiedenen Nanostrukturen herstellen. Wir demonstrieren grosflachige und kostengunstige Herstellung von verschiedenen Proben mit unabhangig einstellbaren Resonanzen. Diese monolagigen Metaoberflachen ermoglichen bifunktionelle oberflachenverstarkte Infrarot-Absorption und Raman-Spektroskopie, Multiresonanzen- und Breitband-Substrate. Diese Methode ist besonders gut geeignet fur die Herstellung von grosflachigen, einlagigen, C3-symmetrischen, chiralen Metaoberflachen. Dieser Ansatz umgeht Probleme mit elliptischer Doppelbrechung und kann zur Untersuchung der Wechselwirkung mit chiralen Substanzen verwendet werden." @default.
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