Summary
פרוטוקול זה מתאר את אינסטרומנטציה עבור קביעת את עירור ו צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח דמוי בלוך polaritons הנובעים מערכים תקופתיים.
Abstract
פיתחנו שיטה ייחודית למדוד את עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח polaritons (SPPs) הנובעים מערכים תקופתיים מתכתי מבלי לערב טכניקות זמן לפתור. לנו יש שניסח את המחירים על ידי כמויות זה נמדד על ידי מדידות אופטי פשוטה. ומכשור מבוסס על זווית, קיטוב-לפתור רפלקטיביות ספקטרוסקופיה פוטולומיניסנציה יתואר בהרחבה כאן. הגישה שלנו היא מסקרנת בשל פשטותו, אשר דורש אופטיקה שגרתית מספר שלבים מכני, ולכן הוא סביר מאוד לרוב מעבדות מחקר.
Introduction
פלזמון משטח מתווכת קרינה פלואורסצנטית (SPMF) קיבל תשומת לב רבה לאחרונה1,2,3,4,5,6. כאשר פולטי אור ממוקמים בסמיכות למערכת plasmonic, ניתן להעביר אנרגיה בין פולטי פלזמון משטח polaritons (SPPs). באופן כללי, השדות plasmonic חזק חזק יכול לשפר את עירור של פולטי2. במקביל, גדל שיעור פליטת גם בגלל גדול הצפיפות-של-המדינות שנוצרו על-ידי SPPs, מניב את אפקט ידוע פורסל3. תהליכים אלה שני עובדים יד ביד לייצר את SPMF. כפי SPMF יש גירוי יישומים רבים של מצב מוצק תאורה1,4, קצירת5וביו-זיהוי6, אנרגיה זה כעת תחת חקירה אינטנסיבית. בפרט, הידע של קצב העברה אנרגיה של SPPs את הפולטים ולהיפך, קרי, עירור של צימוד המחירים, הוא בעל חשיבות רבה. אולם, תהליכי עירור, פליטה הם בדרך כלל מסובכת יחד, מחקר על היבט זה עדיין לוקה בחסר. לדוגמה, רוב המחקרים רק לקבוע את יחס יעילות עירור, אשר פשוט משווה הפליטה עם ובלי SPPs7. המדד המדויק של הקצב עירור היא עדיין נעדרת. מצד שני, קונבנציונאלי זמן לפתור טכניקות כגון קרינה פלואורסצנטית שלמים ספקטרוסקופיה משמשים באופן שגרתי ללמוד את הדינמיקה של התהליך פליטה, אבל הם לא מסוגלים להפריד את קצב צימוד קצב הריקבון הכולל8. כאן, אנו נתאר כיצד ניתן לקבוע אותם על-ידי שילוב מודל משוואת קצב טמפורלית מצב בשילוב תורת9,10. למרבה הפלא, אנו מוצאים כי את עירור, צימוד המחירים ניתן לבטא כמויות מדידה, אליו ניתן לגשת על-ידי ביצוע פוטולומיניסנציה ספקטרוסקופיה רפלקטיביות זווית - ו קיטוב-נפתרה. אנו קודם חלוקה לרמות ניסוח, ואז לתאר את המכשור בפירוט. גישה זו היא לחלוטין תחום תדר מבוסס, הוא אינו דורש זמן לפתור אביזרים כגון לייזר אולטרה מהיר ומונים בקורלציה זמן פוטון בודד, אשר יקר וקשה לפעמים ליישם8, 11. אנו צופים טכניקה זו להיות טכנולוגיה המאפשרת לקבוע את עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור וחללים תהודה.
SPMF במערכות תקופתי הוא תדרכו כאן. עבור מערכת plasmonic תקופתי שבו בלוך כמו SPPs יכול להיווצר, מלבד עירור ישיר ופליטה, אשר מאופיינים על ידי עירור יעילות η ו Γ קצב פליטה ספונטניתr, הפולטים יכול להיות שמחים על-ידי SPPs נכנסות, ריקבון ויה SPPs יוצאות. במילים אחרות, תחת עירור תהודה, SPPs נכנסות נוצרים כדי ליצור שדות plasmonic חזקה להמריץ את הפולטים. לאחר הפולטים נרגש, יכול להעביר אנרגיה מהם SPPs יוצאות, אשר לאחר מכן radiatively להתפזר רחוק-שדה, והוליד פליטה משופרת. הם מגדירים SPMF. עבור מקרן פשוט שתי רמות, עירור מתייחס למעבר מוגבר של אלקטרונים מהיסוד לארצות הברית נרגש ואילו הפליטה מגדיר את הדעיכה של אלקטרונים בחזרה אל הקרקע מדינות, בליווי פליטת פוטון באורכי גל מוגדר על ידי הפרש האנרגיה בין המדינות נלהב לבין הקרקע. תנאי עירור, פליטה SPMF נדרשים למלא את השלב ידועים התואמות משוואה לגרות את נכנסות ויוצאות SPPs9
(1)
איפה חדוה חדוהז הם הקבועים דיאלקטרי של דיאלקטרים את, המתכת θ באמצעות φ נמצאים הזוויות התקרית, azimuthal, P הוא התקופה של המערך, λ הוא אורך הגל עירור או פליטה, m ו- n הם מספרים שלמים המציין את סדר SPPs. עבור עירור, wavevector בתוך המטוס של קרן הלייזר תהיה בראג פזורות למשחק תנופה עם SPPs נכנסות, θ באמצעות של φ יחד להגדיר את תצורת התקרית שצוין עבור מרגש את SPPs כדי לשפר את הספיגה אלקטרוניים- עירור גל λלשעבר. כמו כן, עבור הפליטה, SPPs יוצאות יהיה reversely בראג מפוזרים כדי להתאים עם קו אור ולייצג הזוויות עכשיו הערוצים פליטה אפשרי-פליטה גל λem. עם זאת, הוא ציין שכאשר הפולטים יכול הזוג האנרגיה שלהם כדי וקטורי כציוד SPPs עם 
בעל גודל זהה 
, אבל בכיוונים שונים, SPPs יכול להירקב באמצעות שילוב שונים (m, n) כדי הציוד הבא רחוק-שדה (1).
באמצעות מודל משוואת קצב וטמפורלית מצב בשילוב תורת (CMT), נוכל למצוא זה את עירור קצב Γלשעבר, קרי, קצב ההעברה של אנרגיה מ SPPs כדי פולטי, ניתן לבטא9,12,13
(2)
איפה η הקצב עירור ישירה הנ ל, בהעדר SPPs נכנסות, Γtot הוא קצב הדעיכה סך של SPPs נכנסות 
Γabs , Γראד הם Ohmic הקליטה ואת הניוון קרינה של SPPs, ו 
הוא היחס כוח פוטולומיניסנציה עם ובלי את SPPs נכנסות. מצד שני, צימוד קצב Γc, קרי, קצב ההעברה של האנרגיה של קרינת כדי SPPs, יכולה להיכתב כמו:
(3)
איפה Γr הוא קצב פליטה ישירה, 
הוא היחס כוח פוטולומיניסנציה בין αתאנון SPP מתווכת דעיכה ויציאות ישירה, Γראדα וγtot נמצאות הניוון קרינה עבור יציאתה α הניוון הכולל. נראה כי בעוד כל SPP הניוון נמדד על ידי השתקפות ספקטרוסקופיה, היחס כוח פליטה יכול להיקבע על ידי ספקטרוסקופיה פוטולומיניסנציה. ניתן למצוא פרטים על ניסוחים הפניה9,10.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. כיוונון של הפרעה ליתוגרפיה
הערה: הפרעה ליתוגרפיה משמש ליצור מערכים תקופתיים12. הגדרת סכמטית, כפי שמוצג באיור 1, נבנית כדלקמן:
- פוקוס על 325 ננומטר לייזר של לייזר כינוייהם HeCd 13 X UV המטרה עדשה, עוברים דרך הקדמוניות 50 μm מבוסס מסנן מרחבי עבור מצב ניקוי.
- מקום שני קשתיות בקוטר 2.5 ס מ 30 ס מ אחד מהשני כדי לסנן האזור המרכזי של האור מתפצלים. לאחר איריס השני, הקוטר קרן שווה ל- 2.5 ס מ, עולה לאט מאוד עם המרחק, אשר < 3 ס"מ 1 מ' במרחק הקשתית השני. ההנחה האור היא כמעט להיות ממוקדת.
הערה: הפלט של איריס השני צריך להיות אחיד כאשר נבדק על ידי עיניים בלתי מזוינת. - לנווט קרן מקבילות כדי מראה interferometer של לויד. ההתקנה של לויד מכיל בעל מדגם מבוסס-פריזמה בניצב מראה מוצבים ס"מ 5.04 אליו. האיורים ישירה ושיקפה יחד יוצרים גל עומד יציב לאורך פני מדגם המתבנת. המנסרה פועל מכשיר antireflection.
הערה: תקופת P של גל עומד יכול להיכתב:
, כאשר λ = 325 nm ו α הוא הזווית התקרית ביחס מדגם רגיל, כפי שמוצג באיור1. הזווית האירוע יהיה מכוון על ידי סיבוב ההתקנה של לויד.
, כאשר λ = 325 nm ו α הוא הזווית התקרית ביחס מדגם רגיל, כפי שמוצג באיור1. הזווית האירוע יהיה מכוון על ידי סיבוב ההתקנה של לויד.2. הכנת מערך תקופתית
הערה: המדגם מוכן תחת הליך רגיל שהוצעה על ידי היצרן. כל ההליכים מתבצעים בטמפרטורת החדר.
- השתמש מצע זכוכית2 1 ס מ. תנקה את הזכוכית עם מתנול, אצטון למשך 10 דקות כל באמבט אולטראסוני ואופים ואז מראש זה על פלטה חמה ב 200 ° C עבור h 1 כדי להסיר לכלוך.
- ספין-המעיל המצע זכוכית עם שכבה עבה אדהזיה 5 nm ו של 100 ננומטר בעובי שלילי SU-8 photoresist עם שני-מהירות ספין-coater.
- לדלל את photoresist SU-8 עם גמא-ביוטרולקטון על יחס של 1:5 (v/v) כך העובי יכול להיות נשלט קרוב 100 ננומטר לאחר ציפוי ספין.
- לוותר על 3-5 טיפות (0.2 מ"ל) של פתרון אדהזיה על המצע זכוכית ו ספין ב 600 סל ד עבור 10 s ו 3600 סל"ד עבור 1 דקות, ברציפות.
- חזור על שלב 2.2.2 עם 5-7 טיפות (0.3 מ ל) של סו מדולל-8 מ שלב 2.2.1 באותה מהירות.
הערה: השכבה אדהזיה משפר את הידבקות בין המצע זכוכית את photoresist כך photoresist ואינה מתקלפת במהלך פיתוח. עובי השכבה SU-8 נשלטת על ידי הריכוז ואת המהירות של ספין-coater.
- Prebake המדגם על כיריים 65 ° C ו 95 ° C עבור 1 דקות כל אחד. תנורי פה ואינן מומלצות.
- להעביר את הדגימה המנסרה ב interferometer. להוסיף טיפה של התאמת שמן מקדם שבירה (n = 1.45) כדי לצרף את הדגימה על המנסרה. למקם אותו כמה שיותר קרוב המראה ככל האפשר.
הערה: המדגם מחובר על פריזמה השטח בשל מתח הפנים של השמן. מקדם שבירה של שמן נבחר להיות זהה המצע פריזמה וזכוכית לחסל את השתקפות בחזרה ההפרעה. - על סריג מרובע דו מימדי, לחשוף את הדגימה פעמיים עם חשיפה זמנית אבל הכוונה אורתוגונלית; לחשוף את הדגימה, ואז לסובב אותו 90 ° לחשיפה השני. כאשר אור ננומטר 325, חשופים photoresist זה crosslinks, לא יכול להיות מומס על-ידי המפתח SU-8.
הערה: הקוטר D של המערך יכול להיות נשלט על ידי התאמת את זמן החשיפה. - קשה לאפות המדגם-65 ° C ו- 95 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות למנוע הסרט סדיקה.
- לטבול המדגם כולו במפתח למשך 2 דקות עם עצבנות מתמדת כדי להמיס את האזור סמויה.
- לטבול את הדגימה ב אלכוהול איזופרופיל עבור 1 דקות יש לשטוף את שאריות ולאחר מכן לייבש אותו עם אוויר דחוס. מערך nanohole מופק לאחר מכן.
3. זהב הסרט התצהיר, ציפוי פולט אור
- לצרף את הדגימה מדגם האוחז המגנטרון תדר רדיו sputtering התצהיר המערכת עם סרט הדבקה דו-צדדי Au הסרט להפקדה.
- לשאוב את החדר כדי 2 x 10-6 טנדר של גוה של הבסיס לחץ באמצעות משאבה turbomolecular, ואז חזרה למלא אותו עם 6 x 10-3 טנדר של גוה של טוהר גבוהה במיוחד Ar גז.
- השימוש יעד Au 99.9% בקוטר 5 ס מ ומניחים תריס בין המדגם לבין המטרה. השתמש צריכת חשמל נמוכה (50 W) להקטין את קצב התצהיר וכן. החספוס פני השטח. עם צמצם סגור, להתיז מראש את המטרה 10 דקות להסיר לכלוך.
- פתח את התריס כדי לעבד את התצהיר בטמפרטורת החדר במשך 20 דקות. עובי הסרט של 100 ננומטר מועבר באופן שגרתי על מנת להבטיח כי מערכת plasmonic שטיחות עבה עם שום שידור.
- ברגע המדגם יהיה מוכן, ספין-קואט האור פליטת חומרים כגון צבעים אורגניים או קוונטית נקודות על פני השטח מתכת כדי ליצור שכבה דקה של דיאלקטרים.
- בשביל לצבוע styryl 8 בשימוש הפניה9, לפזר 20 µg של µg styryl 8 ו- 500 של פולימר פוליוויניל אלכוהול (PVA) ב 5 מ של מתנול.
- לוותר על 3-5 טיפות (0.2 מ"ל) של צבע פתרון על הדגימה, ספין ב 600 סל ד עבור 10 s ו 3600 סל"ד עבור 1 דקות ברציפות. העובי מוערך 80 ננומטר.
הערה: פולימרים מסיסים או לא מסיסים במים יכול לשמש כחומר עגינת בהתאם לסוג החומר פולטות. אולם, הפולימר צריך להיות הלא-emissive כך שזה לא יפריע המידות פוטולומיניסנציה. פולימר פוליוויניל אלכוהול (PVA) מומלצת המסת צבע מסיס במים כגון rhodamine 6 G ו styryl 8.
4. השתקפות מדידות לקביעת קצב הניוון SPP
הערה: ההגדרה של קיטוב - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה השתקפות מוצג באיור2. זה מורכב מד זווית עם שלושה שלבים סיבוב לשינוי באופן עצמאי את כיוון מדגם (שלב 1), זיהוי זווית (שלב 2), כמו גם הזווית azimuthal מדגם (שלב 3).
- השתמש אור לבן פס רחב של מנורת קוורץ כמקור אור. תחילה כמה זה כדי צרור סיבי כינוייהם, אז collimate זה על-ידי זוג עדשות קוליניאריות המטרה פנים אל פנים (5 X ו- 60 X). יאיר אלומת האור על הדגימה בזוויות שונות האירוע על-ידי שינוי כיוון הדגימה. המקום זוג מקטב התקרית, מנתח זיהוי לפני ואחרי המדגם למדידות תלויי-קיטוב.
הערה: מטרות פנים אל פנים לשמש מערכת עדשות collimates ומרחיבה את מקור האור הלבן של סיבים כינוייהם. - להשתמש בד כינוייהם כדי לאסוף את ראי מדגם, אשר מחובר ספקטרומטר, גלאי CCD עבור ספקטרוסקופיה.
- יישר את הכיוונון בקפידה כדי להבטיח מדגם כיוון הבמה והן זיהוי הסיבוב שלבים הם קונצנטריים, כלומר., צירי הסיבוב שלהם הן קוליניאריות.
- כיילו את ההתקנה עם סרט Au שטוח. למדוד את ספקטרום השתקפות בזוויות שונות התקרית ולהשוות אותם עם ספקטרום השתקפות התיאורטי המחושב על-ידי חוקי פרנל באמצעות פונקציית מבודד Au ידוע. שתי קבוצות של נתונים צריך להיות עקבי עם פחות מ- 5% של שגיאה.
- לאחר ההתקנה יהיה מוכן, למדוד את מקוטב לינארית, p או s, ספקטרה השתקפות של המדגם בזוויות שונות התקרית. שלב גודל הזווית התקרית הוא 0.5° ואת הרזולוציה גל היא 0.66 ננומטר. כדי לאסוף את הספקטרום תחת מספר זוויות התקרית, תכנית נכתבה אוטומציה כולל תנועה מכנית, תריס בקרה, חדרי קירור והקפאה, רקע חיסור, וכו '.
הערה: שלב זה מתבצע שהמפתחות. התוכנית הינו זמין על פי בקשה. אנא שלח דואר אלקטרוני אל המחבר המתאים עבור קוד המקור במידת הצורך. - מתאר להתוות את השתקפות לעומת גל וזווית תקרית כדי לקבל את יחס נפיצה של מערכת plasmonic לקביעת קצב זיהוי ודעיכה מצב.
הערה: הזווית azimuthal מדגם זה כדי לאתר את המיקום באזור ברילואן. לדוגמה, עבור דגימה בסריג מרובע, לסובב את הדגימה azimuthally כך באחת התקופות מקבילים עם המטוס התקרית, אפשרות זו מגדירה את כיוון Γ-X. סיבוב המדגם ב- 45 מעלות כדי להגדיר את הכיוון Γ-M. - אם האירוע מקוטב מוגדר ב- 45 מעלות ביחס המטוס התקרית הוא ב-45 °, למדוד את המיפוי אורתוגונלית, או קרוס-מקוטב, השתקפות.
- תמצית ספקטרום השתקפות מקוטב-p ו אורתוגונלית ובכושר אותם באמצעות CMT9,12,13, כפי שמתואר בדיון לקביעת קצב הניוון של SPPs.
5. פוטולומיניסנציה מדידות לקביעת היחס כוח פליטה
הערה: ההתקנה פוטולומיניסנציה נפתרה זווית קיטוב מוצג באיור3.
- החלף את מקור האור בפס רחב 514 nm ארגון יון או 633 ננומטר לייזר הנה. השתמש במסנן קו לייזר עם רוחב חצי מקסימום (FWHM) ופחות מ- 5 nm כדי לנקות את הלייזר spectrally ומניחים צלחת חצי-גל כדי לשלוט המדינה קיטוב של קרן הלייזר. את מד זווית ויחידת איתור נותרים ללא שינוי. המקום מסנן חריץ לפני יחידת זיהוי כדי להסיר קו לייזר, אשר קובר את הפריה חוץ גופית.
הערה: אורך הגל של הלייזר תלוי בסוג של חומרים פולטות. אנרגיה פוטון גבוהה נדרשת כדי לרגש את החומר עם אורך גל קצר יותר של פליטה. - כדי למדוד את היחס בין הכוח פליטת עבור הציוד (2) & (3), לנהל שני סוגי מדידות: הסריקות לאיתור של האירוע. פעולת הגומלין בין הסריקות תקרית וזיהוי לסייע בקביעת
, 
, 
, ו 
. - עבור הסריקה התקרית, משתנים ללא הרף את הזווית האירוע אבל לתקן את הזווית זיהוי לגבי המדגם נורמלי.
הערה: שלב זה מתבצע שהמפתחות. תצורה זו בררני מרגש את SPPs נכנסות, אשר תלויים, תוך מעקב אחר הווריאציות של הפליטה מתחת הזווית שבחרת זיהוי האירוע זווית. במילים אחרות, הפליטה מגביר כאשר הזווית התקרית ממלא את שלב התואמות משוואה ב הציוד (1).- מתאר להתוות ספקטרום פוטולומיניסנציה נגד גל ואת הזווית האירוע עבור המיפוי סריקה התקרית. למדוד את המיפויים עבור זיהוי שונים זוויות אבל עוצמות יחסית ניתן למצוא אותו. לכן, הסריקה התקרית רגשים השפעת SPPs נכנסות על הפליטה או פשוט של עירור שיפור, אשר מאפשר לנו למדוד את , .
- מתאר להתוות ספקטרום פוטולומיניסנציה נגד גל ואת הזווית האירוע עבור המיפוי סריקה התקרית. למדוד את המיפויים עבור זיהוי שונים זוויות אבל עוצמות יחסית ניתן למצוא אותו. לכן, הסריקה התקרית רגשים השפעת SPPs נכנסות על הפליטה או פשוט של עירור שיפור, אשר מאפשר לנו למדוד את
- עבור זיהוי הסריקה, לתקן את הזווית האירוע לגבי המדגם נורמלי אבל משתנה הזווית זיהוי.
הערה: שלב זה מתבצע שהמפתחות.- באופן דומה, מתאר להתוות ספקטרום פוטולומיניסנציה עם תשואות זווית גל וזיהוי הזיהוי לסרוק מיפוי. כפי הפליטה SPP נובע המתלים קרינה של SPPs, הפליטה הוא בחריפות זיהוי זווית התלויים. לכן, תחת עירור קבוע, הפליטה עולה. כאשר הזווית זיהוי ממלא הציוד (1). תצורה זו רגשים של שיפור פליטה ומאפשר לנו לקבוע עבור α שוניםth להזמין כל עוד יש לו תלות זווית זיהוי מוגדרים היטב.
- באופן דומה, מתאר להתוות ספקטרום פוטולומיניסנציה עם תשואות זווית גל וזיהוי הזיהוי לסרוק מיפוי. כפי הפליטה SPP נובע המתלים קרינה של SPPs, הפליטה הוא בחריפות זיהוי זווית התלויים. לכן, תחת עירור קבוע, הפליטה עולה. כאשר הזווית זיהוי ממלא הציוד (1). תצורה זו רגשים של שיפור פליטה ומאפשר לנו לקבוע
, 
, 
, ו 
.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
דוגמה של מערך תקופתיים Au ניתנת לעיתים את שיבוץ של 4a איור8. תמונת תצוגה SEM המטוס מראה המדגם היא מערך חור עגול 2D סריג מרובע עם תקופה של 510 ננומטר, עומק החור של 280 ננומטר, קוטר החור של 140 ננומטר. המיפוי השתקפות מקוטב-p שצולמו לאורך כיוון Γ-X מוצג באיור 4a. קו מפריד הוא מחושב על ידי השלב התואמות משוואה הציוד (1) המציין (m =-1, n = 0) SPPs מתרגשים.
כאשר מקטב מנתח נקבעים אורתוגונלית ומעמדות, המיפוי השתקפות המתאים מוצג באיור 4b. אנחנו רואים המיפוי הוא כמעט זהה ליניארי מקוטב למיפוי מלבד הרקע כעת הופך אפס ההשתקפות הלא-תהודה הוסר על ידי במנתח. בנוסף, הפרופילים השתקפות משתנים מטבלים אל פסגות רק SPP קרינה השיכוך שרידים לאחר הסרת הרקע.
למעשה, יחס נפיצה הוא כלי טוב ללמוד SPMF. בהנחה הגל עירור לייזר הוא 700 nm, SPPs נכנסות ייווצר בזווית של 19° האירוע, הם יפעילו הפולטים אם הלהקה הקליטה שלהם תואם. מצד שני, פליטה SPP יזוהו בזווית התקרית של 23° אם הפליטה מתרחשת ב- 730 ננומטר. לכן, מגנטיים SPP מאפשרים לנו כדי לרגש את SPPs נכנסות עבור שיפור עירור וכדי לאתר את SPPs יוצאות עבור שיפור פליטה.
. נסובב את המעיל CdSeTe קוונטית נקודות מסומם PVA פולימר על מערך10 איור 5a & 5b להציג את המיפוי השתקפות מקוטב-p ו אורתוגונלית שצולמו לאורך לאורך כיוון Γ-X, מציג (-1.0). איור 5 c & 5 d מראה שהאירוע פוטולומיניסנציה וזיהוי המתאימים לסרוק מיפויים שצולמו זיהוי וזוויות התקרית של 0 ° ו 0 °, בהתאמה. לייזר באורך גל λex היא 633 ננומטר. למעשה, בקנה אחד עם המיפוי השתקפות, אנו רואים כי פליטת חזקה מתרחשת בזווית התקרית של 18.5° איפה השדרים הנכנסים (-1.0) SPPs מתרגשים. מצד שני, מהסריקה זיהוי, דמיון חזק בין פוטולומיניסנציה של רפלקטיביות מוודאת כי פליטת משופרים כאשר SPPs יוצאות מתרגשים.
הקביעה של עירור של ו צימוד המחירים דורש את הניוון SPP יחסי כוח פוטולומיניסנציה10. כדי לקבוע את הניוון-633 ננומטר לאורך כיוון Γ-X, ספקטרום השתקפות מקוטב-p ו אורתוגונלית שחולצו מן דמות 5a & 5b מוצגים באיור 6a. הספקטרום מקוטב-p מציגה פרופיל Fano דמוי ניתן לתיאור 
איפהp השתקפות nonresonant, ωSPP הוא האנרגיה של פוטון תהודה, ואילו לכנף אורתוגונלית כדלקמן 
, מפגין Lorentzian lineshape12. הם מכן כוללים בצורה הטובה ביותר, הכולל, קרינה הניוון, Γtot וγראד, תהליך 95.08 ו 27.15 (עם h).
מצד שני, היחס כוח פוטולומיניסנציה מתקבל כדלקמן. מהסריקה באירועים באיור 5 c, הפרופיל פליטה-פליטה גל λem = 690 nm, איפה הפליטה ישירה מאתר, מופק ב איור 6b. היחס בין הכוח 
, אשר מוגדר הפליטה ישירה עם ובלי את SPPs נכנסות, פשוט הוא העוצמה-18.5 מעלות מחולק על-ידי הרקע השטוח (6.896). 
אז נחוש בדעתו להיות תהליך 574.04.
מצד שני, שיעור צימוד הוא פליטה הגל תלויים. אורך הגל פליטה-690 nm נבחר בתור דוגמה. סה כ, קרינה הניוון, Γtot וγראד, הן תהליך 60.06 ו- 17.12 (עם h), בהתאמה. הפרופיל סריקה לאיתור מופק איור 5 d , המוצגת באיור 6 c. היחס בין הכוח 
מוגדר (-1.0) SPP פליטה מחולק חצי מרחב הפליטה ישיר בהנחה שיש המדגם ללא הילוכים. מאז הגלאי מכסה ΔΩ זווית מרחבית ~ sr2 π3/720, עבור משטח Lambertian, 
, שבה b להלן הרקע ב איור 6 c כמו 
. מצד שני, 
ניתן את הפרופיל שיא מחולק ΔΩ. כתוצאה מכך, 
הוא נמצא כדי להיות 0.805.
איור 1 . סכמטי של הפרעה ליתוגרפיה. אור לייזר nm 325 ממוקדת דרך מסנן מרחבי, אז הוא מואר על interferometer מראה של לויד היכן שממוקם המדגם. הטפסים גל עומד על פני מדגם לחשיפה. שיבוץ: שרטוט של התצוגה העליונים ואת הצד של המדגם השלים בפרק 2. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2 . ספקטרוסקופיה השתקפות קיטוב - ואת זווית-נפתרה. () תרשים של קיטוב - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה השתקפות. שלושה שלבים סיבוב משמשים לבניית את מד זווית. סיבים כינוייהם מצמידים ספקטרומטר ומשמש גלאי CCD לצורך זיהוי. מקור אור לבן פס רחב משמש למדידות השתקפות. (b) אמיתי תמונה של החלק העיקרי (תיבת שחור מקף ב ()) של ספקטרוסקופיה השתקפות קיטוב - ואת זווית-נפתרה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3 . שרטוטים של קיטוב - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה פוטולומיניסנציה. 514 או 633 ננומטר לייזר משמש פוטולומיניסנציה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4 . השתקפות מיפויים ואת הניוון להסיק. () המיפוי מקוטב-p השתקפות של Au מערך שצולמו לאורך כיוון Γ-X. קו מפריד מחושב באמצעות השלב התואמות משוואה, מציג (-1.0) SPPs מתרגשים באורכי גל שונים. שיבוץ: SEM התמונה נוף המטוס של המערך. מיפוי (b) השתקפות אורתוגונלית התואם מראה כי הרקע הוא nulled השתקפות טובל עכשיו להפוך פסגות. (ג) העלילה של Γtot וγראד כפונקציה של אורך הגל. התוצאות הם לשכפל הפניה9. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5 . תקרית רפלקטיביות, זיהוי לסרוק מיפויים של מערך מצופה נקודות קוונטיות CdSeTe שצולמו לאורך כיוון Γ-X- () P-מקוטב ולאחר מיפויים השתקפות אורתוגונלית (b) וזיהוי את המקביל פוטולומיניסנציה (ג) אירוע ו- (ד) סרוק מיפויים שצולמו זיהוי האירוע זווית = 0 ° ו 0 °, בהתאמה. לייזר באורך גל λex היא 633 ננומטר. התוצאות הם לשכפל הפניה10. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6 . תקרית רפלקטיביות נציג הזיהוי לסרוק פרופיל. () השתקפות מקוטב-p ו אורתוגונלית ספקטרה יחד עם ההתקפים הטוב ביותר לקביעת Γtot וγראד -633 ננומטר. פרופילי סריקה (b) זיהוי האירוע ו- (ג) שחולצו (b). התוצאות הם לשכפל הפניה10. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
פרוטוקול זה, ישנם מספר שלבים קריטיים. ראשית, מכני יציבות חיוני בהכנת הדוגמא. גל עומד שנוצרו על-ידי תוכנית ההתקנה של לויד רגיש להבדל לשלב בין שתי הקורות תאורה. לכן, כל רטט בזמן חשיפה לבזות את אחידות וחדות הקצה nanohole. מומלץ לפעול סביבה ללא רטט, למשל, טבלת אופטי עם רטט תומך בידוד. בנוסף, לייזר מתח גבוה רצוי גם כדי למזער את רטט המפחית זמן החשיפה בהתאם. שנית, חריר בשלב 1.1 להיבחר כראוי. גודל החור צריך להיות קטן מספיק כדי לבצע מצב ניקוי בצד אחד עדיין גדול מספיק כדי לשדר מתח מספיק לחשיפה בצד השני. אנו ממליצים הקדמוניות 50 μm ויעד X 13 הלייזר כינוייהם HeCd. שלישית, הוא ציין כי צורת קו Lorentzian השתקפות אורתוגונלית בתוקף רק כאשר הםp≈ rs, איפהp ו- rs הם השתקפות תהודה p - ו s-מקוטב תאורה12. עם זאת, עבור מערך nanohole עם זווית התקרית בעין או כמה metamaterials אנאיזוטרופי, לא יכול להיות מוזנחים ההבדל בין rp rs , מניב השתקפות וכתוצאה מכך 
, מתן עלייה Fano lineshape.
לסיכום, פרוטוקול זה מתאר שיטה כדי לקבוע את עירור צימוד המחירים בין פולטי אור SPPs מ- 2D מערכים תקופתיים מתכתי. שיעור נמדד על ידי זווית, קיטוב-לפתור פוטולומיניסנציה רפלקטיביות ספקטרוסקופיה, שניהם נמצאים תדירות טכניקות קבוצת המחשבים. לעומת טכניקות שגרתיות זמן לפתור, שיטה זו לא רק מבדיל בין התהליכים עירור ודעיכה של SPMF, אשר אינן נחשבות במחקרים שיפור ברוב פלורסצנטיות, אלא גם קובע את שיעורי צימוד של פולטי אור כדי מצבים שונים SPP. טכניקות זמן לפתור רק למדוד את אורך החיים הכולל של פולט אור, אינם יכולים לזהות את התרומה מצבי תהודה שונה, השיטה שלנו בהחלט להוסיף ערך לשדה זה במיוחד כאשר פולטי אור שנקראות ממוקמות במתחם מערכת תהודה. Plasmonic מערכת תקופתית, 
במצב יש כיוון מוגדר היטב דעיכה ואילו פליטה ישירה ההנחה תהיה isotropic. ההבדלים ביניהם בכיוון פליטה להצמיח זיהוי מצב. כמו פליטה כיוונית היא תופעה אוניברסלית בננו, בידול כזה ניתן להרחיב בקלות למערכות תהודה אחרות כמו metamaterials גבישים פוטוניים. אנו צופים טכניקה זו להיות טכנולוגיה המאפשרת לימוד פלורסצנטיות שיפור בין פולטי אור וחללים תהודה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים כי יש להם אינטרסים כלכליים אין מתחרים.
Acknowledgments
מחקר זה נתמך על ידי האוניברסיטה הסינית של הונג קונג דרך את 4053077 מענקים ישיר, 4441179, מהרשות לשיקום האסיר תחרותי שהוקצבה מענקי מחקר, 402812, 14304314, ואת אזור של מצוינות AoE/P-02/12.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SU-8 | MicroChem | SU-8 2000.5 | |
| Adhesion solution | MicroChem | Omnicoat | |
| SU-8 Thinner (Gamma-Butyrolactone) | MicroChem | SU-8 2000 Thinner | |
| SU-8 Developer | MicroChem | SU-8 Developer | |
| Spin Coater | Chemat Technology | KW-4A | |
| HeCd laser | KIMMON KOHA CO., LTd | IK3552R-G | |
| Shutter | Thorlabs | SH05 | |
| Objective for sample preparation | Newport | U-13X | |
| Pinhole | Newport | PNH-50 | |
| Iris | Newport | M-DI47.50 | |
| Prism | Thorlabs | PS611 | |
| Rotation stage for sample preparation | Newport | 481-A | |
| Supttering Deposition System | Homemade | ||
| Rotation Stage 1 | Newport | URM80ACC | |
| Rotation Stage 2 | Newport | RV120PP | |
| Rotation Stage 3 | Newport | SR50PP | |
| Detection arm | Homemade | ||
| Quartz lamp | Newport | 66884 | |
| Fiber Bundle | Newport | 77578 | |
| Objective for measurement | Newport | M-5X & M-60X | |
| Polarizer & Analyzer | Thorlabs | GT15 | |
| Multimode Fiber | Thorlabs | BFL105LS02 | |
| Spectrometer | Newport | MS260i | |
| CCD | Andor | DV420-OE | |
| 514nm Argon Ion Laser | Spectra-Physics | 177-G01 | |
| 633nm HeNe Laser | Newport | R-32413 | |
| CdSeTe quantum dot | Thermo Fisher Scientific | q21061mp | |
| Polyvinyl alcohol polymer (PVA) | SIGMA-ALDRICH | 363073 | |
| Control program | National Instruments | LabVIEW |
References
- Okamoto, K., et al. Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells. Nature Materials. 3 (9), 601-605 (2004).
- Akselrod, G. M., et al. Leveraging Nanocavity Harmonics for Control of Optical Processes in 2D Semiconductors. Nano Letters. 15 (5), 3578-3584 (2015).
- Gontijo, I., et al. Coupling of InGaN quantum-well photoluminescence to silver surface plasmons. Physical Review B. 60 (16), 11564 (1999).
- Huang, K. C. Y., et al. Antenna electrodes for controlling electroluminescence. Nature Communications. 3, 1005 (2012).
- Atwater, H. A., Polman, A. Plasmonics for improved photovoltaic devices. Nature Materials. 9 (3), 205-213 (2010).
- Anker, J. N., et al. Biosensing with plasmonic nanosensors. Nature Materials. 7 (6), 442-453 (2008).
- Chen, Y., et al. Excitation enhancement of CdSe quantum dots by single metal nanoparticles. Applied Physics Letters. 93 (5), 053106 (2008).
- Birowosuto, M. D., Skipetrov, S. E., Vos, W. L., Mosk, A. P. Observation of Spatial Fluctuations of the Local Density of States in Random Photonic Media. Physical Review Letters. 105 (1), 013904 (2010).
- Cao, Z. L., Ong, H. C. Determination of coupling rate of light emitter to surface plasmon polaritons supported on nanohole array. Applied Physics Letters. 102 (24), 241109 (2013).
- Lin, M., Cao, Z. L., Ong, H. C. Determination of the excitation rate of quantum dots mediated by momentum-resolved Bloch-like surface plasmon polaritons. Optics Express. 25 (6), 6029-6103 (2017).
- Nikolaev, I. S., Lodahl, P., Driel, A. F. V., Koenderink, A. F., Vos, W. L. Strongly nonexponential time-resolved fluorescence of quantum-dot ensembles in three-dimensional photonic crystals. Physical Review B. 75 (11), 115302 (2007).
- Cao, Z. L., Lo, H. Y., Ong, H. C. Determination of absorption and radiative decay rates of surface plasmon polaritons from nanohole array. Optics Letters. 37 (24), 5166-5168 (2012).
- Haus, H. A. Waves and Fields in Optoelectronics. , Prentice-Hall. Englewood Cliffs, N.J. (1984).
