يمكن للأسلاك النانوية الفضية نقل الإلكترونات والمعلومات الضوئية في وقت واحد في شكل بلازمونات سطحية. ويوصف هنا إجراء لتحقيق مثل هذه الدوائر المشتركة وتقييم القيود المفروضة على نشر كل من حاملي المعلومات.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يمكن للأسلاك النانوية الفضية نقل الإلكترونات والمعلومات الضوئية في وقت واحد في شكل بلازمونات سطحية. ويوصف هنا إجراء لتحقيق مثل هذه الدوائر المشتركة وتقييم القيود المفروضة على نشر كل من حاملي المعلومات.
Plasmonics هي تقنية ناشئة قادرة على نقل إشارة بلازمونية وإشارة إلكترونية على نفس المعلومات التي تدعم1،2،3 في وقت واحد. في هذا السياق ، تعتبر الأسلاك النانوية المعدنية مرغوبة بشكل خاص لتحقيق شبكات التوجيه الكثيفة4. يعتمد الشرط الأساسي لتشغيل مثل هذه المنصة المشتركة القائمة على الأسلاك النانوية على قدرتنا على الاتصال كهربائيا بالأسلاك النانوية المعدنية الفردية وإثارة بولاريتونات البلازمونالسطحية 5 بكفاءة في دعم المعلومات هذا. في هذه المقالة ، نصف بروتوكولا لإحضار المحطات الكهربائية إلى أسلاك نانوية فضية مركبةكيميائيا 6 موزعة عشوائيا على ركيزةزجاجية 7. يتم تحديد موقع مواضع نهايات الأسلاك النانوية فيما يتعلق بالمعالم المحددة مسبقا بدقة باستخدام الفحص المجهري القياسي للإرسال البصري قبل التغليف في مقاومة حساسة للإلكترون. تم تصميم الخنادق التي تمثل تخطيط القطب الكهربائي لاحقا بواسطة الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون. ثم يتم تصنيع الأقطاب الكهربائية المعدنية عن طريق التبخير الحراري لطبقة Cr / Au متبوعة برفع كيميائي. يتم نقل الأسلاك النانوية الفضية الملامسة أخيرا إلى مجهر إشعاعي للتسرب لإثارة البلازمون السطحي وتوصيفه8،9. يتم إطلاق البلازمونات السطحية في الأسلاك النانوية عن طريق تركيز شعاع ليزر قريب من الأشعة تحت الحمراء على بقعة محدودة الانعراج متداخلة مع طرف واحد من الأسلاك النانوية5،9. بالنسبة للأسلاك النانوية الكبيرة بما فيه الكفاية ، يتسرب وضع البلازمون السطحي إلى الركيزة الزجاجية9،10. يتم اكتشاف إشعاع التسرب هذا وتصويره وتحليله بسهولة في المستويات المترافقة المختلفة في الفحص المجهري لإشعاعالتسرب 9،11. لا تؤثر المحطات الكهربائية على انتشار البلازمون. ومع ذلك ، فإن التدهور المورفولوجي الناجم عن التيار للسلك النانوي يؤدي إلى تدهور تدفق البلازمونات السطحية بشكل كبير. يكشف الجمع بين المجهر المجهري لإشعاع تسرب البلازمون السطحي مع التحليل المتزامن لخصائص النقل الكهربائي للأسلاك النانوية عن القيود الجوهرية لهذه الدوائر البلازمونية.
تهدف البلازمونيك إلى دمج الإلكترونيات والضوئيات في دعم مادي مشترك عبر وساطة موجة كثافة الإلكترون تسمى بولاريتون البلازمونالسطحي 1،2،3. يمكن أن ينتقل البلازمون السطحي في أشكال هندسية وواجهات مختلفة للدليل الموجي. من بينها ، الأسلاك النانوية المعدنية مرغوبة بشكل خاص. كهياكل شبه أحادية الأبعاد ، فإنها تحصر بشكل كبير مجال البلازمون على مقياس عميق للطول الموجي الفرعي بينما تعمل كوصلات كهربائية قادرة على الحفاظ على تدفق الإلكترون كما هو موضح في الرسم الفني للشكل 1.
< p class = "jove_content" > كل من انتشار البلازمون السطحي ونقل الإلكترون حساسان لعدم التجانس الهيكلي للأسلاك النانوية (مثل مكامن الخلل ، والعيوب البلورية ، وما إلى ذلك). نظرا لأنها يمكن أن تنمو كبلورة واحدة مع عيوب قليلة ، فإن الأسلاك النانوية المعدنية المركبةكيميائيا 6 توفر عادة أداء نقل محسنا عبر الأسلاك النانوية المعدنية غير المتبلورة المصنعة بواسطة الأساليب من أعلى إلى أسفل (مثل الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون) 12. يتطلب تحقيق خلية وحدة الشبكة البلازمونية نقل الأسلاك النانوية من محلول غروي إلى ركيزة زجاجية. بدون أي زخرفة مسبقة معقدة محددة مثل وظائف السطح13 أو تقنيات التجميع الذاتي14 ، يتم توجيه الأسلاك النانوية بشكل عشوائي بشكل عام على الركيزة. يؤدي هذا التوزيع غير المنضبط للاتجاهات إلى تعقيد التوصيل الكهربائي للسلك النانوي بمصدر طاقة خارجي بشكل كبير.في هذه المقالة ، يتم الاتصال بالأسلاك النانوية الفضية المركبة كيميائيا الموجهة بشكل عشوائي بنجاح عن طريق المحطات الكهربائية المصدر والتصريف. لهذا الغرض ، يتم دمج الفحص المجهري البصري مع الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون لتحديد موقع الأسلاك النانوية بدقة وإنشاء جهات اتصالكهربائية 15،16. يتم وصف إجراء توصيف لتقييم الأداء الكهروبي البلازموني للدوائر. بعد تصنيع القطب الكهربائي ، يتم نقل الأسلاك النانوية الملامسة إلى مجهر إشعاع تسرب البلازمون السطحي لتحليل تأثير تدفق الإلكترون على انتشار البلازمونات السطحية. يستخدم المجهر قاعدة مقلوبة مجهزة بهدف غمر الزيت بفتحة عددية عالية وكاميرتين مقترنتين بالشحن (CCD) موضوعة في مستوى الجسم المترافق وطائرة فورييه المترافقة ، على التوالي. توفر هاتان المستويتان المترافقان معلومات تكميلية عن خصائص البلازمون السطحي. يتم الاستدلال على تفاصيل الانتشار مباشرة من تحليل مستوى الصورة ، بينما يتم تصور توزيع الزخم بواسطة تصوير مستوى فورييه9.
يتم إثارة البلازمونات السطحية في سلك نانوي فردي عن طريق تركيز شعاع ليزر قريب من الأشعة تحت الحمراء في بقعة محدودة الانعراج في واجهة الزجاج / الهواء. عندما يتم محاذاة طرف الأسلاك النانوية داخل المنطقة البؤرية ، فإن ضوء الليزر الساقط المتناثر يخلق توزيعا واسعا لنواقل الموجة ، بعضها يتردد صداه مع إثارة البلازمون السطحي. يتم تصور انتشار هذه الموجة السطحية إما عن طريق جمع تسرب الوضع المنبعث في الركيزة أو عن طريق مراقبة البلازمون المتناثر في الطرف البعيد من الأسلاك النانوية. يتم قياس طول الانتشار والمؤشر الفعال لأسلوب البلازمون السطحي المتسرب من خلال تحليل توزيعات الشدة في الفحص المجهري الإشعاعي للتسرب ثنائي المستوى.
< p class = "jove_content" > بمجرد تطور البلازمون السطحي في السلك النانوي ، يتم توصيل أطراف التصريف والمصدر في كل طرف من الأسلاك النانوية بمصدر جهد منظم. تراقب كاميرات CCD في الوقت الفعلي خصائص البلازمون السطحي كدالة للتيار المتدفق عبر الأسلاك النانوية. لكل قيمة من خصائص النقل الكهربائي ، يحدد المؤشر الفعال وطول انتشار أسلوب البلازمون السطحي. يتيح هذا الإجراء تقدير حدود الدوائر القائمة على الأسلاك النانوية للحفاظ على نقل الإلكترونات والبلازمونات في وقت واحد7.الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. تخليق محلول غروي للأسلاك النانوية الفضية
يتم تصنيعالأسلاك النانوية الفضية (Ag NWs) ذات السطح الأملس والبنية المتجانسة باستخدام طريقة معدلة بمساعدةالبوليولات 6. في توليف نموذجي ل Ag NWs ، يتم تنفيذ الإجراءات التالية خطوة بخطوة:
3. ترسيب الأسلاك النانوية على الركيزة
5. تصنيع الأقطاب الكهربائية بواسطة الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون والتبخر الحراري والرفع الكيميائي
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الشكل 2(أ) يوضح صورة مجهرية إلكترونية ماسحة لسلك نانوي نموذجي من الفضة Ag بطول 10 mm تم تخليقه باستخدام البروتوكول الموضح أعلاه. يبلغ عرض السلك النانوي هنا 200 nm كما يظهر في العرض المقرب للطرف الأيسر في الشكل 2(ب). يظهر الشكل بوضوح التماثل الخماسي لنمو البلورة. لا توجد عيوب مرئية على سطح السلك النانوي (على سبيل المثال: التواءات، جسيمات، إلى أخره). يؤدي التخليق إلى توزيع واسع في أطوال وعروض الأسلاك النانوية. وتظهر الأسلاك النانوية الأقصر والأصغر بشكل ملحوظ حول السلك الأ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يستخدم التوليف فائضا من الفاعل بالسطح الكيميائي المتبقي مرتبطا بسطح السلك النانوي كما هو موضح في التصوير المجهري الإلكتروني للإرسال في الشكل 9 (أ). تخلق هذه الطبقة حاجزا عازلا يمنع التيار من التدفق عبر واجهة الأسلاك النانوية القطبية. يوضح الشكلان 10 (أ) و (ب) أمثلة نموذجية لخصائص الجهد الحالي. تتخلل الخطوات الحالية الحادة عند تحيزات معينة المنحنيات. تحدث هذه الخطوات عندما تكون كثافة التيار في السلك النانوي كبيرة بما يكفي لتدمير طبقة الفاعل بالسطح جسديا. غالبا ما يتم إنشا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.
تلقى البحث الذي أدى إلى هذه النتائج تمويلا من مجلس البحوث الأوروبي في إطار برنامج الإطار السابع للمجموعة الأوروبية FP7 / 2007-2013 اتفاقية المنحة رقم 306772 ومنحة ERC-2007-StG رقم 203872-COMOSYEL. يتم تمويل هذا العمل جزئيا أيضا من قبل الوكالة الوطنية للبحوث (ANR) تحت إشراف Grant Plastips (ANR-09-BLAN-0049). يشكر A. S. منحة ما بعد الدكتوراه من Région de Bourgogne في إطار برنامج PARI. تعترف MS براتب من مجلس المنح الدراسية الصيني. تعترف D.Z. بالدعم المقدم من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين للمنح 11004182 و 61036005.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| DMEM | Invitrogen | ABCD1234 | |
| الإيثيلين جلايكول (EG) | Sinopharm Chemical Reagent Co.، Ltd | T20111130 | |
| PMMA | Allresist | AR-P 679 | |
| Acetone Analar Normapur | VWR Prolabo | 20066.296 | |
| Isopropanol (IPA) Analar Normapur | VWR Prolabo | 20842.298 | |
| AgNO3< / sub> | Sinopharm Chemical Reagent Co.، Ltd | 20080826 | |
| Poly- (vinylpyrrolidone) (PVP) | Aladdin Chemistry Co.، Ltd | 1041671-31744 | |
| Dimethysilicone | Sinopharm Group Company Limited | H201-500 | |
| البروبيلين جلايكول ميثيل الأثير أسيتات | الكيماويات الدقيقة Gmbh | AZ EBR | |
| المجهر البصري | المقلوب نيكون | TE 2000 | |
| المجهر الهدف | نيكون | 1.49 / 100X TIRF Plan-Apo | |
| CCD كاميرات (2x) | Andor | Luca-S | |
| امدادات الطاقة المنظمة | RHK | SPM 1000 | |
| بيانات الاستحواذ | RHK | SPM 1000 | |
| محول التيار إلى الجهد | محلي الصنع | كسب 10 مللي أمبير / فولت | |
| شعاع إلكترون المجهر | JEOL | FEG 6500 | |
| الملحق الطباعة الحجرية | RAITH | Elphy | |
| Spincoater | PRIMUS | STT15 | |
| المبخر الحراري | PLASSYS | MEB 400 | |
| ميكرومتر مرحلة التحقيق (2x) | S & Uuml ؛ SS MicroTec | PH110 | |
| المرحلة الكهرضغطية | City Labs | Nano LP100 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.