Summary
Denne protokollen beskriver instrumentering for å bestemme magnetisering og kopling priser mellom lys emittere og Bloch-lignende overflate plasmon polaritons som følge av periodiske matriser.
Abstract
Vi har utviklet en unik metode for å måle magnetisering og kopling priser mellom lys emittere og overflate plasmon polaritons (SPPer) som oppstår fra metallisk periodiske matriser uten å involvere tid-løst teknikker. Vi har formulert priser av antallene som kan måles ved enkel optisk målinger. Instrumentering basert på vinkel - og polarisering-løst Reflektivitet og photoluminescence spektroskopi beskrives i detalj her. Vår tilnærming er spennende på grunn av sin enkelhet, som krever rutinemessig optikk og flere mekanisk stadier, og dermed er svært rimelig for de fleste av forskningslaboratorier.
Introduction
Overflaten plasmon mediert fluorescens (SPMF) har fått stor oppmerksomhet nylig1,2,3,4,5,6. Når lys emittere plasseres i umiddelbar nærhet til et plasmonic system, kan energi overføres mellom emittere og overflate plasmon polaritons (SPPer). Generelt, kan sterk plasmonic feltene sterkt forbedre magnetisering av emittere2. Samtidig, er utslipp frekvensen også økt på grunn av stor tetthet-av-delstater som er opprettet av SPPer, gir den velkjente Purcell effekt3. Disse to prosessene fungerer hånd i hånd i produksjon av SPMF. Som SPMF har stimulert mange programmer i SSD belysning1,4, energihøsting5og bio-Gjenkjenningsmerknad6, er det for tiden under intensiv etterforskning. Spesielt kunnskap om energi forflytning ratene fra SPPer til emittere og omvendt, dvs. magnetisering og kopling priser, er av stor betydning. Men eksitasjon og utslipp prosessene er vanligvis fanget sammen, studie på dette aspektet er fremdeles mangler. De fleste studiene bestemmer for eksempel bare eksitasjon effektivitet forholdet, som bare sammenligner utslipp med og uten SPPer7. De nøyaktige målene eksitasjon hastigheten er fremdeles mangler. På den annen side, løst konvensjonelle tid-teknikker som fluorescens levetid spektroskopi rutinemessig brukes for å studere dynamikken i utslipp prosessen, men de kan ikke skille koblingen hastigheten fra totalt forfall hastighet8. Her beskriver vi hvordan en kan finne dem ved å kombinere hastighet likning modell og tidsmessige kombinert modus teori9,10. Bemerkelsesverdig, finner vi at magnetisering og kopling priser kan uttrykkes i målbare mengder, som kan nås ved å utføre vinkel - og polarisering-løst Reflektivitet og photoluminescence spektroskopi. Vi først skissere utformingen og deretter beskriver instrumentering i detalj. Denne tilnærmingen er helt frekvens domene og krever ikke noen gang-løst tilbehør som ultra-rask lasere og tid-korrelert single-fotonet tellere, som er dyre og noen ganger vanskelig å gjennomføre8, 11. vi forventer denne teknikken for å bli en muliggjør teknologi for å bestemme magnetisering og kopling priser mellom lys emittere og resonant hulrom.
SPMF i periodiske systemer er orientert her. For en periodisk plasmonic system hvor Bloch-lignende SPPer kan genereres, direkte eksitasjon og utslipp, som er preget av eksitasjon effektivitet η og spontan utslipp rate Γr, emittere kan bli opphisset av innkommende SPPer og forfall via utgående SPPer. Med andre ord, under resonans eksitasjon genereres innkommende SPPer for å opprette sterke plasmonic felt som energi emittere. Når emittere er spent, kan energi fra dem overføres til utgående SPPer, som senere radiatively spre langt-feltet, gir opphav til forbedret utslipp. De definerer SPMF. For enkel to-nivå emittere refererer magnetisering til økt overgangen av elektroner fra bakken til spent USA mens utslipp definerer forfallet av elektroner tilbake til bakken statene, ledsaget av Foton utslipp på bølgelengder definert av energi forskjellen mellom glade og USA. Eksitasjon og utslipp betingelsene for SPMF kreves for å oppfylle den velkjente fasen matchende ligningen å opphisse innkommende og utgående SPPer9
(1)
hvor εen og εm er dielektrisk konstantene i dielektriske og metall, θ og φ er hendelsen og asimut vinkler, P er perioden av matrisen, λ er bølgelengdeområdet eksitasjon eller utslipp og m og n er heltall angir Føniksordenen SPPer. For eksitasjon, i-flyet wavevector av laserstrålen blir Bragg spredt momentum kamp med de innkommende SPPer og θ og φ sammen definerer den angitte hendelse konfigurasjonen for spennende SPPer å forbedre elektronisk opptaket på den eksitasjon bølgelengde λex. Likeledes for utslipp blir de utgående SPPer reversert Bragg spredt for å matche med lys linje og vinkler representere nå mulig utslipp kanalene på utslipp bølgelengde λem. Imidlertid bemerkes at emittere kan par energi til vectorial spre SPPer med 
som har samme størrelsesorden 
men forskjellige retninger, SPPer kan forfalle via ulike kombinasjon av (m, n) til langt-feltet følgende Eq. (1).
Ved hjelp av hastigheten ligningen modell og tidsmessige kombinert modus teori (CMT), vi finner at den eksitasjon rate Γex, dvs. energi overføringshastigheten fra SPPer til emittere, som9,12,13
(2)
hvor η er nevnte direkte eksitasjon i fravær av de innkommende SPPer, Γtot er totalt forfallet rate av de innkommende SPPer 
Γabs og Γrad er den ohmsk absorpsjon og strålingen nedbrytning av SPPer, og 
er photoluminescence makt forholdet med og uten de innkommende SPPer. På den annen side, kan kopling rate Γc, dvs. energi overføringshastigheten fra emittere til SPPer, være skrevet som:
(3)
hvor Γr er direkte strålende ofte, 
er photoluminescence makt forholdet mellom αth SPP formidlet decay og direkte porter, og Γradα og Γtot er strålingen nedbrytning priser for αth port og totalt forfall priser. Vi vil se at mens alle SPP forfall priser kan måles ved Reflektivitet spektroskopi, utslipp kraft forholdet kan bestemmes ved photoluminescence spektroskopi. Detaljer om formuleringene finnes i referanse9,10.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. oppsett av forstyrrelser Litografi
Merk: Forstyrrelser litografi til å dikte den periodiske matriser12. Skjematisk oppsett, er som vist i figur 1bygget opp som følger:
- Fokusere 325 nm laser fra en HeCd multimode laser 13 X UV linsen og pass gjennom et 50 μm pinhole basert romlige filter for rengjøring-modus.
- Plass to 2,5 cm diameter iriser 30 cm fra hverandre for å filtrere den sentrale regionen avvikende lyset. Etter andre iris, strålen diameter lik 2,5 cm og øker veldig sakte med avstanden, som er < 3 cm på 1 m avstand fra andre iris. Lyset antas å være nesten collimated.
Merk: Utdataene fra andre iris bør være ensartet når merket av blotte øyne. - Styre collimated strålen til en Lloyds speil interferometer. Lloyds oppsett inneholder et prisme-baserte eksempel holder og en ca 5,04 cm speil plassert vinkelrett på den. De direkte og reflekterte illuminations skape sammen en stabil stående bølge langs eksempel overflaten for mønstre. Prisme fungerer som en antireflection enhet.
Merk: Perioden P stående bølge kan skrives som:
, hvor λ = 325 nm og α er hendelsen vinkelen med hensyn til utvalg normal, som vist i figur 1. Hendelsen vinkelen kan stilles ved å rotere Lloyds oppsett.
, hvor λ = 325 nm og α er hendelsen vinkelen med hensyn til utvalg normal, som vist i figur 1. Hendelsen vinkelen kan stilles ved å rotere Lloyds oppsett.2. periodiske matrise forberedelse
Merk: Prøven er utarbeidet under standard prosedyre foreslått av produsenten. Alle prosedyrer blir utført ved romtemperatur.
- Bruk en 1 cm2 barometer substrate. Rengjør glasset med metanol og aceton på 10 min hver i ultralydbad og deretter pre bake den på en stekeplate ved 200 ° C i 1 time å fjerne skitt.
- Spin-coat glass underlaget med et 5 nm tykk vedheft og en 100 nm tykk negative SU-8 photoresist med en to-trinns spin-coater.
- Fortynne SU-8 photoresist med Gamma-butyrolakton i forholdet 1:5 (v/v) slik at tykkelsen kontrolleres nær 100 nm etter spinn belegg.
- Dispensere 3-5 dråper (0,2 mL) vedheft løsning på barometer substrate og spinn på 600 rpm for 10 s og 3600 rpm for 1 min, fortløpende.
- Gjenta trinn 2.2.2 med 5-7 (0,3 mL) dråper utvannet SU-8 fra trinn 2.2.1 med samme hastighet.
Merk: Vedheft laget forbedrer vedheft mellom barometer substrate og photoresist slik at photoresist ikke ville løsner under utvikling. Tykkelsen på SU-8 lag styres av konsentrasjon og hastigheten på spin-coater.
- Prebake prøven på 65 ° C og 95 ° C kokeplater for 1 min. Ovner er ikke anbefalt her.
- Overføre prøven for Prism i interferometer. Legg en dråpe brytningsindeks matchende olje (n = 1.45) til å feste prøven på prisme. Plass det så nær speilet som mulig.
Merk: Utvalget er festet på prisme overflaten på grunn av overflatespenningen av oljen. Brytningsindeks olje er valgt å være den samme som prisme og glass substrat å eliminere tilbake refleksjon fra forstyrrelser. - For en todimensjonal kvadrat gitter, utsette prøven to ganger med samme eksponeringstid men ortogonale retninger; dvs utsette prøven og deretter Roter det 90° for andre eksponering. Når photoresist er utsatt for 325 nm lys, det krysskoblinger og kan ikke løses av utvikleren SU-8.
Merk: Diameter D matrisen kan kontrolleres ved å justere eksponeringstid. - Hardt bake prøven på 65 ° C og 95 ° C i 2 minutter å hindre filmen sprengning.
- Legg hele utvalget i utvikler i 2 minutter med kontinuerlig agitasjon å oppløse ueksponerte området.
- Fordype eksemplet i isopropyl alkohol for 1 min skyll resterende og tørk den med trykkluft. En nanohole-matrise produseres deretter.
3. gullet Film avsettelse og lys Emitter belegg
- Fest prøven for eksempel innehaveren av radiofrekvens magnetron sputtering deponering system med dobbeltsidig tape til Au filmen deponering.
- Deretter tilbake fylle det med 6 x 10-3 Torr ultra høy renhetsgrad Ar gass pumpe ned kammeret til 2 x 10-6 Torr base presset med en turbomolecular pumpen.
- Bruk en 5 cm diameter 99,9% Au mål og plassere en lukker mellom prøven og målet. Bruke strømsparingsmodus (50 M) Tilbakebetalingsgraden avsettelse og overflateruhet. Med lukkeren er lukket, pre spraking målet for 10 min å fjerne skitt.
- Åpne skodde for å behandle deponering ved romtemperatur for 20 min. Filmen tykkelse på 100 nm er rutinemessig avsatt for å sikre at plasmonic systemet optisk tykk med ingen overføring.
- Når prøven er klar, spin-coat lys emitting materialer som organisk fargestoffer eller kvante prikker på metalloverflate å danne et tynt lag av dielektriske.
- For styryl 8 fargestoff brukes i referanse9, løses 20 µg av styryl 8 og 500 µg av polyvinylalkohol polymer (PVA) i 5 mL av metanol.
- Dispensere 3-5 dråper (0,2 mL) fargestoff løsning på prøven og spinne på 600 rpm for 10 s og 3600 rpm for 1 min fortløpende. Tykkelsen er anslått til 80 nm.
Merk: Vann løselig eller uløselig polymer kan brukes som forankring materiale avhengig av utslipp materiale. Men bør polymer være ikke-emissive slik at det ikke ville forstyrre photoluminescence målinger. Polymer polyvinylalkohol (PVA) anbefales for oppløsning vannløselige fargestoffer som rhodamine 6 G og styryl 8.
4. Reflektivitet målinger bfu SPP forfall
Merk: Polarisering - og vinkel-løst Reflektivitet spektroskopi oppsettet vises i figur 2. Det består av en goniometer med tre rotasjon stadier for uavhengig endre eksempel retningen (trinn 1) og detekteringsvinkelen (trinn 2), samt prøve asimut vinkelen (trinn 3).
- Bruke et bredbånd hvitt lys fra en lampe kvarts som lyskilden. Første par det til en multimode fiber bunt og så collimate det av et par kollineare ansikt til ansikt målet linser (5 X og 60 X). Belyse lysstrålen på prøven i forskjellige hendelsen vinkler ved å endre utvalg orientering. Plassere et par hendelsen polarisator og gjenkjenning analyzer før og etter prøven for polarisering-avhengige målinger.
Merk: Ansikt til ansikt målene fungere som en linsesystem som collimates og utvider den hvite lyskilden fra multimode fiber. - Bruk en multimode fiber samle specular refleksjon fra utvalget, er koblet til et spektrometer og en CCD detektor for spektroskopi.
- Justere oppsettet forsiktig å sikre både eksempel retning scenen og gjenkjenning rotasjon stadier er konsentriske, dvs., deres rotasjon akser er kollineare.
- Kalibrere oppsettet med en flat Au film. Mål til refleksjon spectra i forskjellige hendelsen vinkler og sammenligne dem med de teoretiske refleksjon spectra beregnet av Fresnel formler ved hjelp av en kjent Au dielektrisk funksjon. De to settene med data skal være konsekvent med mindre enn 5% av feil.
- Når installasjonen er ferdig, måle lineært polarisert, p eller s, refleksjon spektra av prøven i forskjellige hendelsen vinkler. Trinn hendelsen vinkelen er 0,5 ° og bølgelengde resolusjonen er 0,66 nm. For å samle til spectra under flere hendelsen vinkler, skrives et kontrollprogram for automatisering inkludert mekanisk bevegelse, lukker kontroll, datainnsamling, bakgrunn subtraksjon, etc.
Merk: Dette trinnet er gjort beregningsmessig. Programmet er tilgjengelig på forespørsel. Vennligst send en epost til tilsvarende forfatter kildekoden hvis nødvendig. - Kontur plotte Reflektivitet vs bølgelengde og hendelsen vinkel å få spredning forholdet mellom plasmonic systemet for modus identifikasjon og forfallet rate besluttsomhet.
Merk: Utvalg asimut vinkelen er posisjon i den Brillouin sonen. For eksempel firkantet gitter eksempel, rotere prøven azimuthally slik at en av sine perioder er parallelt med hendelsen flyet og dette definerer Γ-X-retningen. Rotere prøven ved 45° Γ-M retning. - Hvis hendelsen polarisert er satt til 45° med hensyn til hendelsen flyet og analyserer ved-45 °, måle ortogonale eller kryss-polarisert, Reflektivitet tilordningen.
- Pakk ut til p-polarisert og ortogonale refleksjon spectra og passer dem ved hjelp av CMT9,12,13, som beskrevet i diskusjonen å bestemme forfall antallet SPPer.
5. Photoluminescence mål for å bestemme utslipp kraft forholdet
Merk: Vinkel - og polarisering-løst photoluminescence oppsettet vises i Figur 3.
- Erstatt bredbånd lyskilden med 514 nm argon ion eller 633 nm HeNe laser. Bruke filtere laser linje med full bredde halv maksimalt (FWHM) mindre enn 5 nm å rengjøre laser spectrally og plassere en halv-bølge plate for å kontrollere polarisering delstaten laserstrålen. Goniometer og detection enheten forblir uendret. Plass støyfilter før enheten å fjerne linjen laser begraver luminescence.
Merk: Bølgelengden av laser, avhenger av typen utslipp materialer. Høyere Foton energi er pålagt å opphisse materiale med kortere utslipp bølgelengde. - For å måle utslippet strøm ratio for Eq. (2) og (3), utføre to typer målinger: den gjenkjenning og hendelsen skanner. Samspillet mellom hendelsen og gjenkjenning skanner hjelpe ved
, 
, 
, og 
. - Den hendelsen skanning, varierer hendelsen vinkelen kontinuerlig men fikse detekteringsvinkelen forhold til prøven normal.
Merk: Dette trinnet er gjort beregningsmessig. Denne konfigurasjonen interesserer selektivt de innkommende SPPer, som hendelsen vinkel avhengige, mens overvåking variasjonen av utslipp under valgte detekteringsvinkelen. Med andre ord, øker utslipp når hendelsen vinkelen oppfyller fasen matchende ligningen i Eq. (1).- Kontur plotte til photoluminescence spectra mot bølgelengde og hendelsen vinkelen for hendelsen Skann tilordningen. Måle tilordningene for annerledes oppdagelsen vinkler, men relative intensiteten finnes det samme. Derfor hendelsen Skann sonder effekten av de innkommende SPPer på utslipp eller bare eksitasjon styrking, som tillater oss å måle og .
- Kontur plotte til photoluminescence spectra mot bølgelengde og hendelsen vinkelen for hendelsen Skann tilordningen. Måle tilordningene for annerledes oppdagelsen vinkler, men relative intensiteten finnes det samme. Derfor hendelsen Skann sonder effekten av de innkommende SPPer på utslipp eller bare eksitasjon styrking, som tillater oss å måle
- Gjenkjenning skanning, fikse hendelsen vinkelen forhold til prøven normal men variere detekteringsvinkelen.
Merk: Dette trinnet er gjort beregningsmessig.- Tilsvarende contour tomten til photoluminescence spectra med bølgelengde og gjenkjenning vinkel gir gjenkjenning skanne kartlegging. Som SPP utslipp oppstår fra stråling demping av SPPer, er utslipp sterkt detekteringsvinkelen avhengige. Derfor under konstant eksitasjon øker utslipp når detekteringsvinkelen oppfyller Eq. (1). Denne konfigurasjonen sonder utslipp styrking og tillater oss å bestemme for forskjellige αth bestille så lenge den har veldefinerte oppdagelsen vinkel avhengighet.
- Tilsvarende contour tomten til photoluminescence spectra med bølgelengde og gjenkjenning vinkel gir gjenkjenning skanne kartlegging. Som SPP utslipp oppstår fra stråling demping av SPPer, er utslipp sterkt detekteringsvinkelen avhengige. Derfor under konstant eksitasjon øker utslipp når detekteringsvinkelen oppfyller Eq. (1). Denne konfigurasjonen sonder utslipp styrking og tillater oss å bestemme
, 
, 
, og 
.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Et eksempel på en Au periodiske matrise er gitt i rammemargen i figur 4a8. Flyet Vis SEM bildet viser at prøven er en 2D kvadrat gitter runde hull matrise med en periode på 510 nm, hull dyp 280 nm og hull diameter 140 nm. P-polarisert Reflektivitet tilordningen tatt Γ-X retning er vist i figur 4a. Dash-linje beregnes ved fasen matchende ligningen Eq. (1) som angir at (m = -1, n = 0) SPPer gleder.
Når polarisator og analysator er satt på ortogonale posisjoner, er tilsvarende Reflektivitet tilordningen vist i figur 4b. Vi ser at tilordningen er nesten identisk med den lineær polarisert kartlegging bortsett fra bakgrunnen blir null som ikke-resonans refleksjon er fjernet av analyserer. I tillegg endres Reflektivitet profilene fra dips til toppene som eneste SPP stråling demping rester etter fjerning av bakgrunnen.
Dispersjon forholdet er faktisk et godt verktøy for å studere SPMF. Forutsatt laseren eksitasjon bølgelengden er 700 nm, innkommende SPPer genereres i hendelsen 19° vinkel og de vil samhandle med emittere hvis absorpsjon bandet kamper. På den annen side, SPP utslipp vil bli oppdaget i 23° hendelsen vinkel hvis utslipp skjer i 730 nm. Derfor tillate SPP resonanser oss å opphisse de innkommende SPPer for eksitasjon ekstrautstyr og finne de utgående SPPer for utslipp ekstrautstyr.
Vi spinne pels CdSeTe kvante prikker dopet PVA polymer på matrisen10. Figur 5a og 5b viser p-polarisert og ortogonale Reflektivitet tilordningen tatt langs den Γ-X retning, viser den (-1,0). Figur 5 c & 5 d viser den tilsvarende photoluminescence hendelsen og gjenkjenning skanne tilordninger tatt på gjenkjenning og hendelsen vinkler av 0 ° og 0 °, henholdsvis. Den laser bølgelengde λex er 633 nm. Faktisk, i samsvar med Reflektivitet tilordningen, ser vi at sterke utslipp oppstår i hendelsen vinkel på 18,5 ° der innkommende (-1,0) SPPer gleder. På den annen side, fra oppdagelsen skanningen bekrefter sterk likheten mellom Reflektivitet og photoluminescence at utslippene er forbedret når de utgående SPPer er opphisset.
Fastsettelse av magnetisering og kopling priser krever SPP forfall priser og photoluminescence makt prosenter10. For å fastslå forfall prisene på 633 nm Γ-X retning, til p-polarisert og ortogonale Reflektivitet spectra utvunnet fra figur 5a og 5b vises i figur 6a. P-polarisert spekteret viser en Fano som profil som kan beskrives som 
, derp er den nonresonant Reflektivitet og ωSPP er resonant Foton energi, mens ortogonale motparten følger 
, stiller en Lorentzian lineshape12. De er da best utstyrt og total og strålingen nedbrytning prisene, Γtot og Γrad, er 95.08 og 27.15 meV (med h).
På den annen side, hentes photoluminescence kraft forholdet som følger. Fra hendelsen søket i figur 5 c, utslipp profilen ved utslipp bølgelengde λem = 690 nm, der direkte utslipp finner, trekkes i figur 6b. Kraft forholdet 
, som er definert som direkte utslipp med og uten de innkommende SPPer, er intensiteten på 18,5 ° delt flat bakgrunnen (6.896). 
bestemmes deretter skal 574.04 meV.
På den annen side, er koblingen hastigheten utslipp bølgelengde avhengige. Utslipp bølgelengde på 690 nm velges som et eksempel. Den totale og strålingen nedbrytning prisen, Γtot og Γrad, er 60.06 og 17.12 meV (med h), henholdsvis. Skanneprofilen gjenkjenning er utdraget fra figur 5 d og vises i figur 6 c. Kraft forholdet 
er definert som den (-1,0) SPP utslipp delt plass i halvparten direkte utslipp forutsatt at utvalget har ingen overføring. Siden detektoren dekker en solid vinkel ΔΩ ~ π3/7202 sr, for en Lambertian overflate, 
, hvor b følger bakgrunnen i figur 6 c som 
. På den annen side, den 
er gitt som topp profilen delt ΔΩ. Resultatet 
er funnet for å være 0.805.
Figur 1 . Skjematisk av forstyrrelser litografi. En 325 nm laserlys fokusert gjennom et romlige filter og deretter lyser på en Lloyds speil interferometer der utvalget er plassert. Skjemaene stående bølge langs eksempel overflaten for eksponering. Innfelt: skjematisk av visningen toppen og siden av utvalget fullført i § 2. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2 . Polarisasjon - og vinkel-løst Reflektivitet spektroskopi. (en) skjematisk av polarisering - og vinkel-løst Reflektivitet spectroscopy. Tre rotasjon stadier brukes til å konstruere goniometer. En multimode fiber kombinert spectrometer og CCD detektor brukes til gjenkjenning. Bredbånd hvit lyskilde brukes for Reflektivitet målinger. (b) virkelige bildet av den store delen (svart strek-boksen i (en)) av polarisering - og vinkel-løst Reflektivitet spektroskopi. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3 . Skjematisk av polarisering - og vinkel-løst photoluminescence spectroscopy. En 514 eller 633 nm laser brukes til photoluminescence. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4 . Reflektivitet tilordninger og utledet forfall priser. (en) p-polarisert Reflektivitet tilordningen av en Au matrise tatt Γ-X retning. Dash linjen beregnes ved hjelp av fasen matchende ligningen, viser (-1,0) SPPer gleder ved forskjellige bølgelengder. Innfelt: flyet-Vis SEM bildet i matrisen. (b) den tilsvarende ortogonale Reflektivitet tilordning viser at bakgrunnen er nulled og Reflektivitet dips nå blitt topper. (c) tomten Γtot og Γrad som en funksjon av bølgelengde. Resultatene er gjengitt fra referanse9. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5 . Reflektivitet, hendelsen og gjenkjenning skanne tilordninger av en matrise belagt med CdSeTe kvante prikker tatt Γ-X retning. Den (en) p-polarisert og (b) ortogonale Reflektivitet tilordninger og tilsvarende photoluminescence (c) hendelsen og (d) oppdagelsen skanne tilordninger tatt på gjenkjenning og hendelsen = 0 ° og 0 °, henholdsvis. Den laser bølgelengde λex er 633 nm. Resultatene er gjengitt fra referanse10. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6 . Representant Reflektivitet, hendelsen og gjenkjenning skannerprofil. (en) p-polarisert og ortogonale Reflektivitet spectra sammen med den best passer for å bestemme Γtot og Γrad på 633 nm. (b) utdraget (b) hendelsen og (c) oppdagelsen skanneprofiler. Resultatene er gjengitt fra referanse10. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denne protokollen finnes det flere kritiske trinn. Første, mekanisk stabilitet er avgjørende for eksempel forberedelse. Stående bølge generert av Lloyds installasjonsprogrammet er følsom for den fase forskjellen mellom to belysning bjelker. Derfor vil noen vibrasjon under eksponeringstid forringe ensartethet og kant skarphet av nanohole. Det anbefales å operere i et vibrasjonsfritt miljø, f.eks, en optisk tabell med vibrasjon isolasjon støtter. I tillegg er høy makt laser også ønsket å redusere vibrasjon som reduserer eksponeringstid tilsvarende. Andre må hullet i trinn 1.1 velges riktig. Hullstørrelsen bør være liten nok til å utføre modus rengjøring på den ene siden og fortsatt stort nok til å overføre nok strøm eksponering på den andre siden. Vi anbefaler et 50 μm pinhole og 13 X målsetting for HeCd multimode laser. Tredje bemerkes det at den Lorentzian figuren av ortogonale Reflektivitet er gyldig bare når erp≈ rs, hvor erp og rs er ikke-resonans Reflektivitet for p - og s-polarisert lys12. Men for en nanohole matrise med skotter hendelsen vinkel eller noen Anisotrop metamaterials, forskjellen mellom rp og rs kan ikke bli neglisjert og den resulterende Reflektivitet gir 
, som gir opphav til Fano lineshape.
I sammendraget beskriver denne protokollen en metode for å fastslå magnetisering og kopling priser mellom lys emittere og SPPer fra 2D metallisk periodiske arrays. Hastigheten måles i vinkel - og polarisering-løst Reflektivitet og photoluminescence spektroskopi, begge er frekvens domene teknikker. Sammenlignet med konvensjonelle tide-løst teknikker, denne metoden ikke bare skiller eksitasjon og forfall prosessene av SPMF, som ikke anses i de fleste fluorescens ekstrautstyr studier, men også bestemmer koblingen utbredelsen av lys emittere på SPP modi. Som tid-løst teknikker bare måle samlede levetiden til en lys emitter og ikke klarer å identifisere bidragene fra resonans modi, ville vår metode sikkert legge verdien til dette feltet spesielt når lys emittere blir plassert i en kompleks resonans system. For en periodisk plasmonic system, 
modus har en godt definert forfall retning mens direkte strålende antas for å være isotropic. Deres forskjeller i utslipp retning gi opphav til modus identifikasjon. Retningsbestemt utslipp er en universell atferd i nanomaterialer, kan slik oppfatning lett utvides til andre resonans systemer som metamaterials og fotoniske krystaller. Vi forventer denne teknikken for å bli en muliggjør teknologi for å studere fluorescens forsterkeren mellom lys emittere og resonant hulrom.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer at de har ingen konkurrerende økonomiske interesser.
Acknowledgments
Denne forskningen ble støttet av kinesisk Universitetet i Hongkong gjennom direkte tilskudd 4053077 og 4441179, RGC konkurransedyktig øremerket forskningsmidler, 402812 og 14304314, og området av fortreffelighet 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).
