Name: Evaluación del transporte plasmónico en nanocables de plata portadores de corriente (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-11T13:45:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Aprende a evaluar el transporte simultáneo de electrones y plasmones superficiales en nanocables de plata mediante litografía de haz de electrones. Este método avanza hacia circuitos integrados electrónico-ópticos.

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La investigación que ha conducido a estos resultados ha recibido financiación del Consejo Europeo de Investigación en el marco del Séptimo Programa Marco de la Comunidad Europea FP7/2007-2013 Acuerdo de Subvención nº 306772 y Subvención ERC-2007-StG Nº 203872-COMOSYEL. Este trabajo también está parcialmente financiado por la Agence Nationale de la Recherche (ANR) bajo la subvención Plastips (ANR-09-BLAN-0049). A. S. agradece una beca postdoctoral de la Región de Borgoña en el marco del programa PARI. M.S. reconoce un estipendio del Consejo Chino de Becas. D.Z. agradece el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China para las subvenciones 11004182 y 61036005.

1. Síntesis de una solución coloidal de nanohilos de plata
Los nanohilos de plata (Ag NWs) con superficie lisa y estructura homogénea se sintetizan utilizando un método asistido por polioles modificados6. En una síntesis típica de Ag NWs, los siguientes procedimientos se llevan a cabo paso a paso:
<ol>
	<li>Vierta 12 ml de etilenglicol (EG) en un matraz de 100 ml prelimpio con tapa redonda</li>.
	<li>Calentar la solución a 150 °C durante 1 hora en el baño de aceite (dimetilsilicona) con agitación magnética a 260 rpm.</li>
	<li>Añadir 4 ml deAgNO3 (0,2 M en solución EG) gotando. Durante este proceso, el color de la solución de reacción cambia de incoloro a amarillo brillante transparente, lo que indica el crecimiento de semillas de cristal de plata.</li>
	<li>Inyecte lentamente 4 ml de solución de poli-(vinilpirrolidona) (PVP) (la concentración es de 22,2 mg/ml en solución EG) en la solución de reacción con una pipeta. En la reacción, EG sirve como solvente y agente reductor, y el PVP permite que el monocristal de plata crezca a lo largo de una cierta dirección.</li>
	<li>Cubra el matraz de reacción con una tapa. Después de 150 minutos, el color de la solución cambia de amarillo claro a verde salvia. Finalmente, el coloide aparece de color gris plateado turbio.</li>
	<li>Detenga la reacción colocando el matraz en un baño de agua helada para disminuir la temperatura de la solución.</li>
	<li>Transfiera 1 ml de la solución coloidal a un tubo de centrífuga lleno de 3 ml de acetona.</li>
	<li>Centrifugar el tubo a 600 x g durante 25 min.</li>
	<li>Retire el sobrenadante y agregue 4 ml de agua desionizada.</li>
	<li>Repita los pasos 1.8-1.9 al menos 3 veces para eliminar el exceso de EG y PVP.</li>
</ol>
2. Preparación de puntos de referencia de alineación macroscópica en un sustrato de vidrio mediante litografía por haz de electrones
<ol>
	<li>Limpie un cubreobjetos de microscopio N°1 1/2 calibrado para microscopía de inmersión en aceite en una solución jabonosa concentrada diluida [1:3] utilizando un baño ultrasónico.</li>
	<li>Enjuague primero con un gran volumen de agua desionizada, seguido de un segundo lavado con isopropanol. Seque el cubreobjetos con nitrógeno.</li>
	<li>Pipeta de 160 ml de poli(metacrilato de metilo) (PMMA) que resiste el haz de electrones (ver tabla de reactivos) y lo recubre por centrifugado sobre el sustrato cubierto de NW con los siguientes parámetros de recubrimiento sucesivos:
	<ol>
		<li>10 segundos a una velocidad de 4 x g y una aceleración de 4 x g/seg.</li>
		<li>1 seg a una velocidad de 350 x g y una aceleración de 200 x g/seg.</li>
		<li>60 segundos a una velocidad de 700 x g y una aceleración de 200 x g/seg.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Hornee la muestra a 170 °C durante 10 min en una placa caliente.</li>
	<li>Repita los pasos 2.2-2.4 para producir una segunda capa de resistencia para facilitar el despegue al final del procedimiento. Utilice la misma resistencia de haz de electrones para ambas capas.</li>
	<li>Pulveriza una fina capa de oro conductor (20 nm) en la parte superior de la muestra antes de proceder a la litografía por haz de electrones.</li>
	<li>Transfiera la muestra a un microscopio de haz de electrones equipado para litografía. Usando una jaula de Faraday, ajuste la corriente del haz a 150 pA.</li>
	<li>Exponga la muestra siguiendo el diseño de los puntos de referencia de la cuadrícula con un tamaño de paso establecido en 48 nm, un tiempo de permanencia por píxel de 0,0243 mseg para una dosis de 150 μA/cm2.</li>
	<li>Revele la muestra utilizando MIBK (metil isobutil cetona): IPA (isopropanol) con una proporción [1:3] durante 45 segundos. Detenga el proceso sumergiendo la muestra en isopropanol durante otros 45 segundos.</li>
	<li>Transfiera el sustrato en un evaporador metálico que funcione a una presión base de 8 x 10-8 mbar. Depósito a una velocidad de evaporación de 0,1 nm/seg, 2 nm de Cr (capa de adherencia) seguidos de 70 nm de Au.</li>
	<li>Proceda a un levantamiento químico de la muestra utilizando acetona calentada a 70 °C durante aproximadamente 1,5 horas.</li>
</ol>
3. Deposición de los nanohilos en el sustrato
<ol>
	<li>Diluir la solución de nanocables en etanol para obtener una densidad de nanocables en el sustrato de aproximadamente un nanocable cada 10 μm2.</li>
	<li>Pipetear 50 μl de la solución y colarla sobre el sustrato premodelado. Secar con nitrógeno.</li>
</ol>
4. Localización de los nanohilos mediante microscopio óptico
<ol>
	<li>Coloque el sustrato decorado con nanocables en un microscopio óptico calibrado estándar.</li>
	<li>Localice con precisión los extremos de una serie de nanocables aislados de alta calidad con respecto a las marcas de alineación más cercanas.</li>
</ol>
5. Fabricación de los electrodos por litografía por haz de electrones, evaporación térmica y despegue químico
<ol>
	<li>Utilice las posiciones medidas de los nanocables para diseñar un diseño de electrodos. Incorpora grandes almohadillas receptoras (50 μm x 50 μm) para conectar sondas de voltaje de tungsteno al electrodo que llega a los nanocables.</li>
	<li>Pipeta 160 ml de poli(metacrilato de metilo) (PMMA) Resistencia al haz de electrones (ver tabla de reactivos) y recubre el sustrato cubierto de nanocables con los siguientes parámetros de recubrimiento sucesivos:
	<ol>
		<li>10 segundos a una velocidad de 4 x g y una aceleración de 4 x g/seg.</li>
		<li>1 seg a una velocidad de 350 x g y una aceleración de 200 x g/seg.</li>
		<li>60 segundos a una velocidad de 700 x g y una aceleración de 200 x g/seg.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Hornee la muestra a 170 °C durante 10 min en una placa caliente.</li>
	<li>Repita los pasos 5.2-5.3 para producir una segunda capa de resistencia para facilitar el despegue al final del procedimiento. Utilice la misma resistencia de haz de electrones para ambas capas.</li>
	<li>Pulveriza una fina capa de oro conductor (20 nm) en la parte superior de la muestra antes de proceder a la litografía por haz de electrones.</li>
	<li>Transfiera la muestra a un microscopio de haz de electrones equipado para litografía. Usando una jaula de Faraday, ajuste la corriente del haz a 150 pA.</li>
	<li>Usando las marcas de alineación, calibre el sistema de coordenadas del microscopio de haz de electrones.</li>
	<li>Exponga la muestra siguiendo el diseño con un tamaño de paso establecido en 48 nm, un tiempo de permanencia por píxel de 0,0243 mseg para una dosis de 150 μA/cm2.</li>
	<li>Revele la muestra usando MIBK (metil isobutil cetona): IPA (isopropanol) con una proporción [1:3] durante 45 segundos. Detenga el proceso sumergiendo la muestra revelada en isopropanol durante otros 45 segundos.</li>
	<li>Transfiera el sustrato en un evaporador metálico que funcione a una presión base de 8 x 10-8 mbar. Depositar a una velocidad de evaporación de 0,1 nm/seg, 2 nm de Cr (capa de adhesión) seguidos de 70 nm de Au.</li>
	<li>Proceda a un levantamiento químico de la muestra utilizando acetona calentada a 70 °C durante aproximadamente 1,5 horas.</li>
</ol>
6. Transferencia a un microscopio de radiación de fuga de plasmón de superficie
<ol>
	<li>Configure un microscopio de fugas de plasmón de superficie equipado con un objetivo de alta apertura numérica (N.A.>1) y una platina piezoeléctrica de dos ejes para ajustar la posición de la muestra.</li>
	<li>Prepare un haz gaussiano colimado a partir de un láser de infrarrojo cercano. La longitud de onda de excitación más larga proporciona una distancia de propagación de plasmón más larga. Alinee el haz en el microscopio. El diámetro del haz colimado debe sobrellenar la pupila de entrada del microscopio. Esto asegura la formación de un punto focal limitado por difracción en la interfaz vidrio/aire.</li>
	<li>Con la ayuda de divisores de haz y una serie de lentes de relé colocadas en un puerto de salida del microscopio, forman dos planos conjugados con el plano del objeto y con el plano de Fourier (plano focal posterior del objetivo), respectivamente. Coloque dos cámaras de dispositivo de carga acoplada (CCD) en la ubicación de estos planos conjugados.</li>
	<li>Usando la platina piezoeléctrica, alinee el extremo de un nanocable contactado seleccionado para superponer el punto focal. Ajuste la posición para maximizar el acoplamiento de la luz en el modo de plasmón.</li>
	<li>Conecte una fuente de alimentación regulada a las almohadillas receptoras de los terminales eléctricos con puntas de tungsteno montadas en sondas mecánicas tridimensionales. Inserte un convertidor de corriente a voltaje de baja ganancia (ganancia de 10 mA / V) o un medidor de corriente en el circuito.</li>
	<li>Monitoree la polarización aplicada, la corriente que fluye a través del nanocable y las distribuciones de intensidad registradas por las dos cámaras CCD.</li>
</ol>

<ol><li>Ozbay, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics%3A+Merging+photonics+and+electronics+at+nanoscale+dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22Sci%22%5BJournal%5D)">Plasmonics: Merging photonics and electronics at nanoscale dimensions.</a> Sci. 311 (5758), 189-193 (1126).</li>
<li>Zia, R., Schuller, J. A., Chandran, A., Brongersma, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics%3A+the+next+chip-scale+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Today%22%5BJournal%5D)">Plasmonics: the next chip-scale technology.</a> Mater. Today. 9 (7), (2006).</li>
<li>Genet, W., C,, Bozhevolnyi, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-plasmon+circuitry%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Today%22%5BJournal%5D)">Surface-plasmon circuitry.</a> Phys. Today. 61 (5), 44-50 (2008).</li>
<li>Pyayt, A. L., Wiley, B., Xia, Y., Chen, A., Dalton, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integration+of+photonic+and+silver+nanowire+plasmonic+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Integration of photonic and silver nanowire plasmonic waveguides.</a> Nat. Nanotechnol. 3, 660-665 (2008).</li>
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<li>Song, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron-induced+limitation+of+surface+plasmon+propagation+in+silver+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Electron-induced limitation of surface plasmon propagation in silver nanowires.</a> Nanotechnol. 24 (9), (2013).</li>
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<li>Song, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+Symmetry-Selected+Corner+Plasmon+Modes+in+Penta-Twinned+Crystalline+Ag+Nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Imaging Symmetry-Selected Corner Plasmon Modes in Penta-Twinned Crystalline Ag Nanowires.</a> ACS Nano. 5 (7), 5874-5880 (1021).</li>
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<li>Massenot, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer-metal+waveguides+characterization+by+Fourier+plane+leakage+radiation+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Polymer-metal waveguides characterization by Fourier plane leakage radiation microscopy.</a> Appl. Phys. Lett. 91, (2007).</li>
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<li>Margueritat, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+the+number+of+nanoparticles+on+the+enhancement+properties+of+surface-enhanced+Raman+scattering+active+area%3A+sensitivity+versus+repeatability%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Influence of the number of nanoparticles on the enhancement properties of surface-enhanced Raman scattering active area: sensitivity versus repeatability.</a> ACS Nano. 5 (3), 1630-1638 (2011).</li>
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<li>Colasdes Francs, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+plasmonic+waveguides%3A+A+mode+solver+based+on+density+of+states+formulation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Integrated plasmonic waveguides: A mode solver based on density of states formulation.</a> Phys. Rev. B. 80 (11), 115419(2009).</li>
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</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.

La síntesis utiliza un exceso de tensioactivo químico que permanece unido a la superficie del nanocable, como se ilustra en la micrografía electrónica de transmisión de la Figura 9 (a). Esta capa crea una barrera dieléctrica que impide que la corriente fluya a través de la interfaz electrodo-nanocable. Las Figuras 10 (a) y (b) muestran ejemplos típicos de las características de corriente-voltaje. Los pasos de corriente bruscos en ciertos sesgos puntúan las curvas. Estos ...

Plasmonics tiene como objetivo fusionar la electrónica y la fotónica en un soporte físico compartido a través de la mediación de una onda de densidad de electrones llamada polaritón de plasmónde superficie 1,2,3. El plasmón de superficie puede viajar en varias geometrías de guía de onda e interfaces. Entre ellos, los nanocables metálicos son especialmente deseables. Como estructuras cuasi-unidimensionales, confinan drásticamente el campo de plasmones a una escala profunda de sublongitud de onda, mientras actúan como interconexiones eléctricas capaces de sostener un flujo de electrones, como se muestra en el dibujo artístico de la Figura 1.
Tanto la propagación del plasmón superficial como el transporte de electrones son sensibles a las inhomogeneidades estructurales del nanocable (por ejemplo, torceduras, defectos cristalinos, etc.). Debido a que pueden crecer como un solo cristal con pocos defectos, los nanocables metálicos sintetizados químicamente6 generalmente proporcionan mejores rendimientos de transporte que los nanocables metálicos amorfos fabricados por enfoques de arriba hacia abajo (por ejemplo, litografía de haz de electrones)12. La realización de una celda unitaria de red plasmónica requiere transferir los nanocables de una solución coloidal a un sustrato de vidrio. Sin ningún prepatrón complejo específico como la funcionalización de superficies13 o las técnicas de autoensamblaje14, los nanocables generalmente se orientan aleatoriamente en el sustrato. Esta distribución incontrolada de orientaciones complica drásticamente la conexión eléctrica del nanocable a una fuente de alimentación externa.
En este artículo, los nanocables de plata sintetizados químicamente orientados aleatoriamente son contactados con éxito por los terminales eléctricos de origen y drenaje. Para ello, la microscopía óptica se combina con la litografía por haz de electrones para localizar con precisión el nanocable y crear contactos eléctricos15,16. Se describe un procedimiento de caracterización que evalúa las prestaciones electroplasmónicas de los circuitos. Después de la fabricación de electrodos, los nanocables contactados se transfieren a un microscopio de radiación de fuga de plasmón de superficie para analizar el efecto de un flujo de electrones en la propagación de plasmones de superficie. El microscopio utiliza una base invertida equipada con un objetivo de inmersión en aceite de alta apertura numérica y dos cámaras de dispositivo de carga acoplada (CCD) colocadas en el plano del objeto conjugado y en el plano de Fourier conjugado, respectivamente. Estos dos planos conjugados proporcionan información complementaria sobre las propiedades del plasmón superficial. Los detalles de la propagación se infieren directamente del análisis del plano de la imagen, mientras que la distribución del momento se visualiza mediante imágenes del plano de Fourier9.
Los plasmones de superficie se excitan en un nanocable individual enfocando un rayo láser de infrarrojo cercano en un punto limitado por difracción en la interfaz vidrio/aire. Cuando un extremo de nanocable se alinea dentro de la región focal, la luz láser incidente dispersa crea una amplia distribución de vectores de onda, algunos de ellos resonantes con la excitación de un plasmón de superficie. La propagación de esta onda superficial se visualiza recogiendo la fuga del modo emitido en el sustrato o observando el plasmón dispersado en el extremo distal del nanocable. La longitud de propagación y el índice efectivo del modo de plasmón de superficie permeable se miden mediante el análisis de las distribuciones de intensidad en una microscopía de radiación de fuga de doble plano.
Una vez que se desarrolla un plasmón de superficie en el nanocable, los terminales de drenaje y fuente en cada extremo del nanocable se conectan a un suministro de voltaje regulado. Las cámaras CCD monitorean en tiempo real las propiedades del plasmón de la superficie en función de la corriente que fluye a través del nanocable. Para cada valor de la característica de transferencia eléctrica, se determinan el índice efectivo y la longitud de propagación del modo de plasmón de superficie. Este procedimiento permite estimar la limitación de un circuito basado en nanocables para sostener simultáneamente el transporte de electrones y plasmones7.

<table><tbody><tr><td>DMEM</td><td>Invitrogen</td><td>ABCD1234</td><td></td></tr><tr><td>Etilenglicol (EG)</td><td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td><td>T20111130</td><td></td></tr><tr><td>PMMA</td><td>Allresist</td><td>AR-P 679</td><td></td></tr><tr><td>Acetona Analar Normapur</td><td>VWR Prolabo</td><td>20066.296</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA) Analar Normapur</td><td>VWR Prolabo</td><td>20842.298</td><td></td></tr><tr><td>AgNO3</td><td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td><td>20080826</td><td></td></tr><tr><td>Poly-(vinilpirrolidona) (PVP)</td><td>Aladdin Chemistry Co., Ltd</td><td>1041671-31744</td><td></td></tr><tr><td>Dimetilisilicona</td><td>Sinopharm Group Company Limited</td><td>H201-500</td><td></td></tr><tr><td>Propilenglicol Metil Éter Acetato Microquímicos</td><td>Gmbh</td><td>AZ EBR</td><td></td></tr><tr><td>Microscopio óptico invertido</td><td>Nikon</td><td>TE 2000</td><td></td></tr><tr><td>Objetivo de microscopio</td><td>Nikon</td><td>1.49/100X TIRF Plan-Apo</td><td></td></tr><tr><td>Cámaras CCD (2x)</td><td>Andor</td><td>Luca-S</td><td></td></tr><tr><td>Fuente de alimentación regulada</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>Datos de adquisición</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>Convertidor de corriente a voltaje</td><td>casero</td><td>Ganancia 10 mA/V</td><td></td></tr><tr><td>Haz de electrones microscopio</td><td>JEOL</td><td>FEG 6500</td><td></td></tr><tr><td>Litografía addon</td><td>RAITH</td><td>Elphy</td><td></td></tr><tr><td>Spincoater</td><td>PRIMUS</td><td>STT15</td><td></td></tr><tr><td>Evaporador térmico</td><td>PLASSYS</td><td>MEB 400</td><td></td></tr><tr><td>Etapa de sondeo micmétrica (2x)</td><td>S&Uuml; SS MicroTec</td><td>PH110</td><td></td></tr><tr><td>Etapa piezoeléctrica</td><td>Mad City Labs</td><td>Nano LP100</td><td></td></tr></tbody></table>

evaluación del transporte plasmónico en nanocables de plata portadores de corriente

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics es una tecnología emergente capaz de transportar simultáneamente una señal plasmónica y una señal electrónica en el mismo soporte de información1,2,3. En este contexto, los nanocables metálicos son especialmente deseables para la realización de redes de enrutamiento densas4. Un requisito previo para operar dicha plataforma compartida basada en nanocables se basa en nuestra capacidad para contactar eléctricamente con nanocables metálicos individuales y excitar de manera eficiente los polaritos de plasmónde superficie 5 en este soporte de información. En este artículo, describimos un protocolo para llevar terminales eléctricos a nanocables de platasintetizados químicamente 6 distribuidos aleatoriamente sobre un sustrato de vidrio7. Las posiciones de los extremos del nanocable con respecto a los puntos de referencia predefinidos se ubican con precisión utilizando microscopía de transmisión óptica estándar antes de la encapsulación en una resistencia sensible a los electrones. Las zanjas que representan la disposición de los electrodos se diseñan posteriormente mediante litografía por haz de electrones. A continuación, los electrodos metálicos se fabrican mediante la evaporación térmica de una capa de Cr/Au seguida de un despegue químico. Los nanohilos de plata contactados se transfieren finalmente a un microscopio de radiación de fuga para la excitación y caracterización del plasmón de superficie8,9. Los plasmones de superficie se lanzan en los nanocables enfocando un rayo láser de infrarrojo cercano en un punto limitado por difracción que se superpone a un extremo de nanocable5,9. Para nanocables suficientemente grandes, el modo de plasmón de superficie se filtra en el sustrato de vidrio9,10. Esta radiación de fuga es fácilmente detectada, visualizada y analizada en los diferentes planos conjugados en la microscopía de radiación de fuga9,11. Los terminales eléctricos no afectan la propagación del plasmón. Sin embargo, un deterioro morfológico del nanocable inducido por la corriente degrada drásticamente el flujo de plasmones de superficie. La combinación de la microscopía de radiación de fuga de plasmón superficial con un análisis simultáneo de las características de transporte eléctrico de los nanocables revela las limitaciones intrínsecas de dichos circuitos plasmónicos.

La Figura 2(a) muestra una micrografía de electrones de barrido de un nanocable típico de Ag de 10 mm de longitud sintetizado mediante el protocolo descrito anteriormente. El ancho del nanocable es aquí de 200 nm, como se muestra en la vista ampliada del extremo izquierdo en la Figura 2(b). La figura muestra claramente la simetría de cinco pliegues del crecimiento cristalino. No hay defectos visibles en la superficie del nanocable (por ejemplo, dobleces, partículas, etc.</em...

Los nanohilos de plata pueden transportar simultáneamente electrones e información óptica en forma de plasmones de superficie. Aquí se describe un procedimiento para realizar un circuito compartido de este tipo y se evalúan las limitaciones en la propagación de ambos portadores de información.

Evaluación del transporte plasmónico en nanocables de plata portadores de corriente

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Esta circuitría plasmónica basada en nanocables transporta simultáneamente electrones y plasmones de superficie. En un soporte de información compartido, primero se deposita por goteo una solución coloidal de nanocables de plata sobre una cubreobjetos de vidrio previamente tratado con marcas de alineación. Luego, utilizando un software de diseño, se seleccionan las extremidades de los nanocables para fabricar con precisión los electrodos de contacto mediante litografía por haz de electrones.A continuación, investigue la propiedad de los nanocables de plata en contacto bajo un microscopio de radiación de fuga de plasma superficial. Los resultados del índice efectivo del plasma superficial y la longitud de propagación pueden mostrar la evolución de las características del plasma superficial en función del voltaje aplicado. Tuve por primera vez la idea de desarrollar este método cuando quedó claro que un nanocable cristalino de siete nanómetros puede utilizarse para transportar una señal eléctrica y llevar una señal óptica simultáneamente.La ingeniera Ana Cus, de mi laboratorio, demostrará la excitación de un plasma superficial en un nanocable. Diluya la solución de nanocables en etanol para obtener una densidad de nanocables sobre el sustrato de aproximadamente un nanocable cada 10 micrómetros cuadrados. Luego, pipetee 50 microlitros de la solución y deposite la gota sobre el sustrato previamente tratado, y seque con chorro de nitrógeno.Coloque el sustrato decorado con nanocables en un microscopio óptico estándar calibrado y localice con precisión los extremos de una serie de nanocables aislados de alta calidad con respecto a las marcas de alineación más cercanas. Utilice las posiciones medidas de los nanocables para diseñar una disposición de electrodos. Incorpore pads receptores grandes para conectar sondas de voltaje de tungsteno al electrodo.Lleve la pipeta de nanocables a 160 microlitros de metacrilato de polimetilo para haz de electrones. Aplique por centrifugación el sustrato cubierto de nanocables con estos parámetros sucesivos de recubrimiento. Incube la muestra a 170 grados Celsius durante 10 minutos.Repita el proceso para una segunda capa de resistencia utilizando el mismo haz de electrones. Resistencia para ambas capas. Ahora, proyecte una capa delgada de oro conductivo sobre la muestra.Transfiera la muestra a un microscopio de haz de electrones equipado para litografía utilizando una jaula de Faraday. Mida la corriente del haz. Luego, utilizando las marcas de alineación, calibre el sistema de coordenadas del microscopio de haz de electrones.Exponga la muestra siguiendo la distribución del diseño. Establezca un tamaño de paso y determine el tiempo de permanencia por píxel para una dosis específica y una corriente de haz. Ahora, desarrolle la muestra utilizando una proporción de uno a tres de metil isobutil cetona a isopropanol durante 45 segundos.Luego, para detener el proceso, sumerja la muestra revelada en isopropanol durante otros 45 segundos. Transfiera el sustrato a un evaporador metálico que opere a una presión base de ocho por 10 a la menos ocho milibares y a una velocidad de evaporación de 0,1 nanómetros por segundo. Deposite una capa de adhesión de dos nanómetros de cromo seguida de 70 nanómetros de oro. Proceda al desprendimiento químico de la muestra utilizando acetona calentada a 70 grados Celsius durante aproximadamente 1,5 horas.Configure un microscopio de plasma superficial y fuga, equipado con un objetivo de alta apertura numérica y una etapa piezoeléctrica de dos ejes. Para ajustar la posición de la muestra, prepare un haz gaussiano recubierto proveniente de un láser de infrarrojo cercano. Una longitud de onda de excitación más larga proporciona una mayor distancia de propagación del plasma.Alinee el haz en el microscopio. Verifique que el diámetro del haz colimado rellene completamente la pupila de entrada del microscopio para formar un punto focal limitado por difracción en la interfaz vidrio-aire con la ayuda de divisores de haz y una serie de lentes de relevo colocadas en uno de los puertos de salida del microscopio, formando dos planos conjugados con el plano del objeto y con el plano de Fourier, respectivamente; coloque dos cámaras de dispositivos acoplados a carga en la ubicación de estos planos conjugados. Ahora, utilizando la etapa piezoeléctrica, alinee el extremo de un nanocable seleccionado en contacto para que coincida con el punto focal.Ajuste la posición para maximizar el acoplamiento de luz en el modo de plasma. Conecte una fuente de alimentación regulada a las almohadillas receptoras de los terminales eléctricos con puntas de tungsteno montadas en probadores mecánicos tridimensionales. Inserte un convertidor de corriente a voltaje de baja ganancia o un miliamperímetro en el circuito.Luego, supervise el sesgo aplicado, la corriente que fluye a través del nanocable y las distribuciones de intensidad registradas por las dos cámaras CCD. Esta micrografía electrónica de barrido muestra un nanocable de plata típico de 10 micrómetros de longitud. Una vista ampliada del extremo izquierdo indica un ancho de 200 nanómetros del nanocable con simetría pentagonal del crecimiento cristalino.Estos microscopios electrónicos de barrido indican las marcas de alineación litografiadas sobre el sustrato de vidrio. Las cruces etiquetadas en el centro del campo de escritura sirven para localizar con precisión los nanocables depositados aleatoriamente, con la ayuda de un microscopio óptico. Estos electrodos se diseñan mediante litografía por haz de electrones en deposiciones posteriores de dos nanómetros de cromo y 70 nanómetros de oro.Aquí, una imagen de radiación de fuga muestra un plasma superficial desarrollándose en un nanocable de plata desnudo sin conexiones eléctricas. Obsérvese que la excitación enfocada aparece como una región saturada en intensidad que se superpone con uno de los extremos de la distribución de intensidad del nanocable; luego, esta distribución se registró en el plano de Fourier. La posición del índice efectivo del modo de plasma y su longitud de propagación se extraen mediante un ajuste de Lian a través de los datos.Esta imagen ilustra la propagación de un modo de plasma superficial con fugas en un nanocable de plata conectado eléctricamente. Utilizando la información contenida en este esquema de imagen en doble plano, se evalúan entonces las propiedades de los plasmas superficiales cuando se establece un flujo de corriente en el nanocable. Estos resultados representativos muestran la evolución de las propiedades del plasma superficial con el voltaje aplicado en los electrodos.La característica corriente-voltaje de un nanoalambre de plata muestra su ruptura inducida por electro-migración. Mientras tanto, el índice de refracción efectivo del plasma y el ancho total a la mitad del máximo se deducen a partir de un análisis en cuatro planos y se informan para cada voltaje de polarización cercano a la ruptura eléctrica. El plasma ya no alcanza el extremo distal del nanoalambre.Esto se confirma mediante las imágenes de radiación de fuga. Estas micrografías electrónicas de transmisión de alta resolución muestran la presencia de tensioactivos en la superficie de los nanohilos de plata sintetizados, lo que afecta el flujo de corriente. Esta capa crea una barrera dieléctrica que impide que la corriente fluya a través de la interfaz.Estas gráficas muestran las características corriente-voltaje de dos nanocables conectados diferentes medidos durante un barrido inicial de polarización. Saltos bruscos en la corriente interrumpen las curvas, lo que indica una destrucción parcial de la capa de tensioactivo ubicada entre los electrodos de oro y la superficie del nanocable. Se establece un contacto óhmico cuando un barrido de voltaje posterior muestra una característica lineal.Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo establecer contacto eléctrico con nanocables metálicos depositados aleatoriamente y de cómo medir los parámetros críticos que rigen la plasmónica superficial y la propagación en estas guías de onda unidimensionales.

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