הערכת הובלה פלזמונית בננו-חוטי כסף נושאי זרם

ננו-חוטי כסף יכולים להעביר בו זמנית אלקטרונים ומידע אופטי בצורה של פלזמונים על פני השטח. מתואר כאן נוהל למימוש מעגלים משותפים כאלה והמגבלות בהפצת שני נושאי המידע מוערכות.

מעגלים פלזמוניים מבוססי ננו-חוטים אלה מעבירים בו זמנית אלקטרונים ופלסמונים על פני השטח. במידע משותף, טיפה ראשונה יצקה תמיסה קולואידית של חוטי ננו כסף על כיסוי זכוכית, החלקה לפני PA עם סימני יישור. לאחר מכן, באמצעות תוכנת תכנון, בחר קצוות של ננו-חוטים כדי לייצר במדויק את האלקטרודות המגע על ידי ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים.

לאחר מכן, חקור את המאפיין של חוטי הננו הכסף המגעים תחת מיקרוסקופ קרינת דליפת פלזמה על פני השטח. תוצאות האינדקס האפקטיבי של פלזמת פני השטח ואורך ההתפשטות יכולות להראות את התפתחות מאפייני הפלזמה של פני השטח כפונקציה של מתח מוטה המופעל. הרעיון לפתח את השיטה הזו עלה לי לראשונה כשהתברר שניתן להשתמש בשבעה ננו-חוטים גבישיים כדי להעביר פקודה חשמלית ולשאת אות אופטי בו זמנית.

מי שמדגים את העירור של פלזמה על פני השטח בננו-חוט תהיה אנה קוס, מהנדסת מהמעבדה שלי: דילול תמיסת הננו-חוטים. באתנול כדי להשיג צפיפות ננו-חוטים על המצע של כחוט ננו-חוט אחד כל 10 מיקרון מרובע. לאחר מכן פיפטה 50 מיקרוליטר מהתמיסה וזרוק אותה על המצע שלפני הרשות הפלסטינית, מייבש עם חנקן.

הנח את המצע המעוטר בננו-חוטים על מיקרוסקופ אופטי מכויל סטנדרטי, אתר במדויק את הקצוות של סדרה של ננו-חוטים מבודדים באיכות גבוהה ביחס לסימני היישור הקרובים ביותר. השתמש במיקומים המדודים של חוטי הננו כדי לעצב פריסת אלקטרודות. שלב רפידות קבלה גדולות לחיבור בדיקות מתח טונגסטן לאלקטרודה.

הגעה לחוטי הננו פיפטה 160 מיקרוליטר של קרן אלקטרונים פולימתיל מתאקרילט. התנגד ואז סובב את המצע המכוסה בחוטי ננו בפרמטרי הציפוי העוקבים הללו. אופים את הדגימה בחום של 170 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.

חזור על התהליך לשכבה שנייה של התנגדות באמצעות אותה קרן אלקטרונים. התנגד לשתי השכבות. כעת רססו שכבת זהב מוליכה דקה על גבי הדגימה.

העבירו את הדגימה למיקרוסקופ קרן אלקטרונים המצויד בליתוגרפיה באמצעות כלוב פאראדיי. מדוד את זרם האלומה. לאחר מכן בעזרת סימני היישור, כייל את מערכת הקואורדינטות של מיקרוסקופ קרן האלקטרונים.

חשוף את הדוגמה בעקבות פריסת העיצוב. הגדר גודל צעד וקבע את זמן השהות לפיקסל עבור מינון וזרם אלומה ספציפיים. כעת פתח את הדגימה באמצעות יחס של אחד לשלושה של מתיל איזובוטיל קטון לאיזופרופנול למשך 45 שניות.

לאחר מכן כדי לעצור את התהליך, טבלו את הדגימה המפותחת באיזופרופנול למשך 45 שניות נוספות. העבירו את המצע במאייד מתכת, הפועל בלחץ בסיס של שמונה פעמים 10 לשמונה מיליבר שלילי בקצב אידוי של 0.1 ננומטר לשנייה הפקידו שכבת הידבקות של שני ננומטר כרום ואחריה 70 ננומטר זהב. המשך להמראה כימית של הדגימה באמצעות אצטון שחומם ב-70 מעלות צלזיוס למשך כשעה וחצי.

הגדר מיקרוסקופ פלזמה ודליפה על פני השטח, מצויד באובייקט צמצם מספרי גבוה ובמה חשמלית פיזו דו-צירית. כדי להתאים את מיקום הדגימה, הכן קרן גאוס מצופה מלייזר אינפרא אדום קרוב. אורך גל עירור ארוך יותר מספק מרחק התפשטות פלזמה ארוך יותר.

יישר את הקרן במיקרוסקופ. ודא שקוטר הקרן שנאספה מעל ממלא את אישון הכניסה של המיקרוסקופ ליצירת נקודת מוקד מוגבלת עקיפה בממשק אוויר הזכוכית בעזרת מפצלי קרן וסדרה של עדשות ממסר הממוקמות ביציאת יציאה אחת של המיקרוסקופ יצרו שני מישורים מצומדים עם מישור האובייקט ועם מישור פורייה בהתאמה הוצבו שתי מצלמות מכשיר מצומדות מטען במיקום המצומד הללו מטוסים. כעת באמצעות השלב החשמלי של פיזו, יישר את הקצה של ננו-חוט מגע שנבחר כדי לחפוף את נקודת המוקד.

התאם את המיקום כדי למקסם את צימוד האור למצב פלזמה. חבר ספק כוח מוסדר לרפידות הקבלה של מסופי החשמל עם קצות טונגסטן המותקנים על בדיקות מכניות תלת מימדיות. הכנס זרם רווח נמוך לממיר מתח או מד זרם במעגלים.

לאחר מכן עקוב אחר ההטיה המופעלת, הזרם הזורם דרך חוט הננו והתפלגות העוצמה שנרשמה על ידי שתי מצלמות ה-CCD. מיקרוגרף אלקטרונים סורק זה מראה חוט ננו כסף טיפוסי באורך 10 מיקרומטר. מבט מקרוב על הגפה השמאלית מצביע על רוחב של 200 ננומטר של חוט הננו עם סימטריה פי חמישה של צמיחת הגביש.

אלקטרונים סורקים אלה מציינים את סימני היישור הליתוגרפיים על מצע הזכוכית. הצלבים המסומנים במרכז שדה הכתיבה משמשים לאיתור מדויק של הננו-חוטים המופקדים באופן אקראי בעזרת מיקרוסקופ אופטי. אלקטרודות אלו מתוכננות על ידי ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים בתצהירים עוקבים של שני ננומטר כרום וזהב 70 ננומטר.

כאן תמונת קרינת דליפה מציגה פלזמה על פני השטח המתפתחת בננו-חוט כסף חשוף ללא חיבורים חשמליים. שימו לב שהעירור הממוקד מופיע כאזור רווי בעוצמה החופף לקצה אחד של התפלגות עוצמת חוטי הננו נרשם לאחר מכן במישור פורייה. המיקום של האינדקס האפקטיבי של מצב הפלזמה ואורך ההתפשטות שלו מופקים מהתאמת Lian דרך הנתונים.

תמונה זו ממחישה את ההתפשטות של מצב פלזמה משטח דולף בחוט ננו כסף המחובר חשמלית. באמצעות המידע הכלול בתוכנית הדמיה דו-מישורית זו, מעריכים את המאפיינים של פלזמות פני השטח כאשר נוצרת זרימת זרם בחוט הננו. תוצאות מייצגות אלו מראות את התפתחות תכונות הפלזמה של פני השטח עם הטיית מתח המופעלת על האלקטרודות.

מתח הזרם האופייני לחוט ננו כסף מראה את ההתמוטטות הנגרמת על ידי נדידת האלקטרו שלו. בעוד שהאינדקס האפקטיבי של הפלזמה והרוחב המלא בחצי מקסימום נגזרים מניתוח ארבעה מישור ומדווחים עבור כל מתח הטיה קרוב לקרע החשמלי. הפלזמה כבר לא מגיעה לקצה הדיסטלי של חוט הננו.

זה מאושר על ידי תמונות קרינת הדליפה. מיקרוגרפים אלקטרוניים אלה מראים את נוכחותם של פעילי שטח על פני ננו-חוטי הכסף המסונתזים המשפיעים על זרימת הזרם. שכבה זו יוצרת מחסום דיאלקטרי המונע מהזרם לזרום דרך הממשק.

גרפים אלה מציגים מאפייני מתח זרם עבור שני ננו-חוטים מחוברים שונים שנמדדו במהלך סריקת הטיה ראשונית. קפיצות זרם פתאומיות מנקדות את העקומות המעידות על הרס חלקי של שכבת פעילי השטח הממוקמת בין אלקטרודות הזהב למשטח חוט הננו. מגע אומי נוצר כאשר טאטא מתח עוקב מראה מאפיין ליניארי.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להביא מגע חשמלי לחוטי ננו מתכתיים שהופקדו באופן אקראי, ולמדוד את הפרמטרים הקריטיים השולטים בפלזמה והתפשטות פני השטח במדריכי גל חד מימדיים אלה.