[Surface Plasmon Resonance]Pribadi Adhi 10208069

7/29/2019 [Surface Plasmon Resonance]Pribadi Adhi 10208069

1/5

SURFACE PLASMON RESONANCE

Pribadi Mumpuni Adhi, Rahmat Mukti Ibrahim, Panji Achmari, Almas Hilman Muhtadi,

Zamzam Ibnu Sina

10208069, 10208043, 10208040, 10208068, 10208098

Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia

Email : [email protected]

Asisten : (Putu Eka Pramudita/10207048)

Tanggal Praktikum : (23-04-2011)

Abstrak

Surface Plasmon Resonance (SPR) adalah osilasi yang terkuantisasi dari elektron-elektron dari medium

konduktif. Apabila suatu logam disinari dengan gelombang cahaya, bila kondisi kx = ksp maka fenomena SPR

dapat terjadi dan dapat diamati. Pada praktikum ini digunakan prisma agar SPR dapat diamati, sehingga

dapat ditentukan kurva dispersinya. Untuk bahan metal didapatkan nilai konstanta dielektrik ( ) bernilai

negatif karena < p.

Kata Kunci : Dielektrik, Konfigurasi Kretschmann, Prisma

I. Pendahuluan

SPR (Surface Plasmon Resonance) merupakan

fenomena resonansi antara gelombang cahaya dan

elektron-elektron pada permukaan logam yang

menghasilkan osilasi elektron-elektron di

permukaan logam yang terkuantisasi. SPR dapat

terjadi pada bidang batas metal/dielektrik ketika

sebuah berkas sinar datang dari medium dielektrik

dengan sudut datang yang lebih besar dari sudut

kritis. Dalam kondisi seperti itu, di bidang batas

persambungan dielektrik/logam akan terbentuk

gelombang evanesen yang menembus masuk ke

dalam medium logam. Jika kondisi resonansi

terpenuhi akan terjadi resonansi antara gelombang

evanesen dan elektron-elektron bebas di

permukaan yang menghasilkan medan listrik lokal

dan penetrasi gelombang evanesen yang jauh lebih

besar.

Gambar 1. Pemantulan Cahaya Pada Dua Material

yang berbeda[1]

Syarat kondisi terjadinya SPR yakni apabila K ix = Kspatau vektor gelombang cahaya yang merambat

sepanjang bidang batas sama dengan vektor

gelombang plasmon permukaan (SP). Vektor

gelombang SP hanya ditentukan oleh tetapan

dielrktrik dari metal dan bahan dielektriknya yang

mempunyai hungungan

Ksp=

c dmdm

=2

dmdm

(1)

Gambar 2. Kurva Dispersi [2]

Dari kurva terlihat bahwa kondisi Kix = Ksp tidak

pernah terpenuhi. Fenomena SPR tidak dapatteramati hanya dengan menyinari suatu bidang

batas metal/dielektrik. Digunakan prisma sehingga


2/5

kurva dispersi gelombang cahaya dapat diubah

kemiringannya dan menghasilkan suatu

perpotongan dengan kurva dispersi gelombang SPR.

Ada uda cara yang umum digunakan untuk

membangkitkan SPR. Cara yang pertama

menggunakan konfigurasi Otto dan cara yang keduamenggunakan konfigurasi Kretschmann. Pada

konfigurasi Otto, lapisan dielektrik berada di antara

prisma dan lapisan metal. Sedangkan pada

konfigurasi Kretschmann, lapisan logam berada

kontak langsung dengan prisma sedangkan lapisan

dielektriknya menutupi lapisan logam tersebut.

Pada praktikum ini digunakan konfigurasi

Kretschmann.

Gambar 3. Konfigurasi Otto dan Kretschmann

Kx dapat ditentukan dengan menggunakan

persamaan sebagai berikut

kx=

cpsin i (2)

Hal ini terjadi karena gelombang cahaya yang

datang mengalami pemantulan internal total. Agar

terjadi perpotongan kurva dispersi, sudut datang

cahaya haruslah mememnuhi persamaan berikut

sini=1

p mumu

(3)

atau dapat juga ditulis menjadi

1

psin2

i=

1

m

1

d(4)

dengan i dapat ditentukan dengan menggunakan

persamaan berikut

i=450arcsin sin 45

0p

np (5)np merupakan indeks bias prisma yang bernilai

1.505.

Permisivitas bahan metal yang digunakan dapat

ditentukan dengan menggunakan model Drude[3]

sehingga didapatkan persamaan

m=1p 2

(6)

Dimana p merupakan frekuensi angular dari bahan

yang digunakan (dalam kasus ini dari perak atau

emas).

II. Metode Percobaan

Disusun alat percobaan seperti pada gambar

berikut ini

Gambar 4. Susunan Alat

Digunakan dua bahan metal yaitu perak dan

emas. Konfigurasi yang digunakan adalah

konfigurasi Kretschmann. Kemudian dengan

menggunaka bantuan software komputer bisa

didapatkan spektrum dari SPR dengan

mengkombinasikan sudut prisma yang berbeda-

beda.

III. Data dan Pengolahan

Menggunakan bahan perak:

p = (2.321 x 2) x 1015

min (nm) p i

830.53 42.50 43.34

735.85 43.00 43.67

677.56 43.50 44.00

632.79 44.00 44.34

599.52 44.50 44.67

575.01 45.00 45.00

553.48 45.50 45.33

535.02 46.00 45.66508.19 47.00 46.33


3/5

487.65 48.00 46.99

470.61 49.00 47.66

457.51 50.00 48.32

435.56 52.00 49.64

421.96 54.00 50.97

410.52 56.00 52.28

Tabel 1. Data Praktikum dengan Bahan Perak

Panjang gelombang minimum dapat ditentukan

dengan mencari di saat nilai intensitasnya

minimum, seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 5. Cara Mencari Panjang GelombangMinimum

Dengan memplot antara vektor gelombang kxdengan maka dapat dihasilkan kurva dispersi yang

tersaji pada gambar (6).

Gambar 6. Kurva Dispersi Bahan Perak

Dengan menggunakan persamaan (4) dapat

ditentukan permisivitas bahan dielektrik dalam

kasus ini adalah udara. Sehingga didapatkan nilai

udara = 1/1.021 = 0.979

Gambar 7 . Grafik untuk Menentukan d pada

Percobaan dengan Bahan Perak.

Menggunakan bahan emas

p = (2.068 x 2) x 1015

min (nm) p i

883.14 42 43.01

824.81 42.25 43.17

786.93 42.5 43.34

752.35 42.75 43.51

729.22 43 43.67

706.88 43.25 43.84

691.08 43.5 44.00

675.53 43.75 44.17

662.61 44 44.34

652.37 44.25 44.50

634.52 44.75 44.83

618.98 45.25 45.17

596.73 46.25 45.83

571.14 48 46.99

541.78 52 49.64

Tabel 2. Data Praktikum dengan Bahan Emas

Dengan memplot antara vektor gelombang kxdengan maka dapat dihasilkan kurva dispersi yang

tersaji pada gambar (8).

5.00E+006 1.00E+007 1.50E+007 2.00E+007

0.00E+000

5.00E+014

1.00E+015

1.50E+015

2.00E+015

2.50E+015

3.00E+015

3.50E+015

4.00E+015

4.50E+015

5.00E+015

k

500 550 600 650 700 750 800

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


4/5

Gambar 8 . Kurva Dispersi Bahan Emas

Dengan menggunakan persamaan (4) dapat

ditentukan permisivitas bahan dielektrik dalam

kasus ini adalah udara. Sehingga didapatkan nilai

udara = 1/0.284 = 3.521

Gambar 9. Grafik untuk Menentukan d pada

Percobaan dengan Bahan Emas

IV. Analisis

Bentuk kurva dispersi terlihat pada gambar (6)

dan (8). Bentuknya memang tidak persis seperti

pada referensi gambar (2), tetapi melihat dari

bentuknya dapat dianalisis bahwa kurva dispersi

yang didapatkan hanya sebagian kecil tidak secara

keseluruhan. Bentuk grafiknya melengkung seperti

itu karena grafiknya tidak linear. Apabila linear

maka gradien garis adalah kecepatan cahaya (c),

sedangkan pada SPR nilai verktor gelombang (k x)

dipengaruhi oleh sin (i) seperti pada persamaan

(2).

Nilai permisivitas udara yang didapatkan baik

dengan menggunakan bahan perak maupun emas

tidak sesuai dengan referensi. Pada referensi nilai

permisivitas udara adalah 1. Hal ini disebabkan

karena bentuk dari grafik yang dihasilkan tidak

linear. Gradien garis juga apabila sesuai dengan

persamaan (4) nilainya harusnya adalah 1, tetapi

niali yang didapatkan tidak sama dengan 1. Olehkarena itu nilai permisivitas yang didapatkan tidak

sesuai. Bila dibandingkan antara gambar (7) dan

gambar (9), maka gambar (7) bentuknya lebih linear

dibandingkan dengan gambar (9). Oleh karena itu

hasil yang didapatkan pada percobaan dengan

perak lebih mendekati referensi.

Ketika medium 2 adalah bahan metal. Pada

bahan metal mengandung banyak elektron bebas

sehingga konsekuensinya frekuensi angular < pdan konstanta dielektriknya m nilainya menjadi

negatif. Secara umum hal ini mengimplikasikanketika < p maka tidak ada medan

elektromagnetik yang dapat merambat pada bahan

meta[2]l.

V. Kesimpulan

Dari praktikum ini dapat daiambil kesimpulan :

1. SPR dapat terjadi apabila kx = ksp2. Prisma digunakan agar kurva gelombang

SPR dapat berpotongan dengan kurva

gelombang cahaya3. Hasil yang didapatkan untuk permisivitas

udara tidak tepat karena bentuk kurva yang

dihasilkan tidak linear.

4. Pada bahan metal didapatkan nilai

konstanta dielektrik bernilai negatif.

Pustaka

[1]Schasfoort and Tudos (editor). 2008.Handbook of

Surface Plasmon Resonance. RSC Publishing

[2] Raether, H. 1986. Surface Plasmons on Smooth

and Rough Surfaces and On Gratings . Springer

[3] Yeh, Pochi. Optical Waves in Layered Media.

John Wiley & Sons, Inc

6000000 8000000 10000000 12000000 14000000

0.00E+00

5.00E+14

1.00E+15

1.50E+15

2.00E+15

2.50E+15

3.00E+15

3.50E+15

4.00E+15

k


5/5

[Surface Plasmon Resonance]Pribadi Adhi 10208069

Documents

Transcript of [Surface Plasmon Resonance]Pribadi Adhi 10208069