Name: הערכת הובלה פלזמונית בננו-חוטי כסף נושאי זרם (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-11T13:45:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: חקור הובלה פלזמונית בננו-חוטי כסף נושאי זרם לשילוב מעגלים אלקטרוניים ואופטיים. השיטה מאפשרת מדידת אינדקס אפקטיבי ואורך התפשטות של פלזמוני משטח בזרם חשמלי.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחקר שהוביל לתוצאות אלה קיבל מימון ממועצת המחקר האירופית במסגרת תוכנית המסגרת השביעית של הקהילה האירופית FP7/2007-2013 הסכם מענק מס' 306772 ומענק ERC-2007-StG מס' 203872-COMOSYEL. עבודה זו ממומנת גם בחלקה על ידי הסוכנות הלאומית למחקר (ANR) תחת Grant Plastips (ANR-09-BLAN-0049). א.ס. מודה למלגת פוסט-דוקטורט מ-Région de Bourgogne במסגרת תוכנית PARI. MS מכיר במלגה ממועצת המלגות הסינית. ד.ז. מודה על תמיכת הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין במענקים 11004182 ו-61036005.

1. סינתזה של תמיסה קולואידית של ננו-חוטי כסף
ננו-חוטי כסף (Ag NWs) עם משטח חלק ומבנה הומוגני מסונתזים בשיטה בסיוע פוליאולים שונה6. בסינתזה טיפוסית של Ag NWs, ההליכים הבאים מתבצעים שלב אחר שלב:
<ol>
	<li>יוצקים 12 מ"ל אתילן גליקול (EG) לבקבוק מכוסה 100 מ"ל מנוקה מראש עם תחתית עגולה.</li>
	<li>מחממים את התמיסה ב-150 מעלות צלזיוס למשך שעה באמבט השמן (דימתילסיליקון) תוך ערבוב מגנטי ב-260 סל"ד.</li>
	<li>הוסף 4 מ"ל AgNO3 (0.2 מ' בתמיסת EG) על ידי הטלה. במהלך תהליך זה, צבע תמיסת התגובה משתנה מחסר צבע לצהוב בוהק שקוף, מה שמעיד על גידול זרעי גביש כסף.</li>
	<li>יש להזריק לאט 4 מ"ל תמיסת פולי-(וינילפירולידון) (PVP) (הריכוז הוא 22.2 מ"ג/מ"ל בתמיסת EG) בתמיסת התגובה בעזרת פיפטה. בתגובה, EG משמש גם כממס וגם כחומר מפחית, וה-PVP מאפשר לגביש היחיד הכסוף לצמוח בכיוון מסוים.</li>
	<li>מכסים את בקבוק התגובה במכסה. לאחר 150 דקות, צבע התמיסה משתנה מצהוב בהיר לירוק מרווה. לבסוף הקולואיד נראה עכור אפור-כסוף.</li>
	<li>עצור את התגובה על ידי הנחת הבקבוק באמבט מים קרים כקרח כדי להפחית את טמפרטורת התמיסה.</li>
	<li>העבירו 1 מ"ל מהתמיסה הקולואידית לצינור צנטריפוגה מלא ב -3 מ"ל אצטון.</li>
	<li>צנטריפוגה את הצינור ב 600 x גרם למשך 25 דקות.</li>
	<li>הסר את הסופרנטנט והוסף 4 מ"ל מי DI.</li>
	<li>חזור על שלבים 1.8-1.9 לפחות פי 3 כדי להסיר את עודפי ה-EG וה-PVP.</li>
</ol>
2. הכנת ציוני דרך מקרוסקופיים על מצע זכוכית על ידי ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים
<ol>
	<li>נקה זכוכית כיסוי מיקרוסקופ מס' 1 1/2 מכוילת למיקרוסקופ טבילה בשמן בתמיסת סבון מרוכזת מדוללת [1:3] באמצעות אמבט קולי.</li>
	<li>יש לשטוף תחילה בנפח גדול של מי DI, ולאחר מכן שטיפה שנייה עם איזופרופנול. יבש את החלקת הכיסוי עם חנקן.</li>
	<li>פיפטה 160 מ"ל של התנגדות קרן אלקטרונים פולי (מתיל מתאקרילט) (PMMA) (ראה טבלת ריאגנטים) וציפוי מסובב אותו על המצע המכוסה בצפון מערב עם פרמטרי הציפוי העוקבים הבאים:
	<ol>
		<li>10 שניות במהירות של 4 x g ותאוצה של 4 x g לשנייה.</li>
		<li>1 שניות במהירות של 350 x g ותאוצה של 200 x g/sec.</li>
		<li>60 שניות במהירות של 700 x g ותאוצה של 200 x g/sec.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>אופים את הדגימה בחום של 170 מעלות למשך 10 דקות על צלחת חמה.</li>
	<li>חזור על שלבים 2.2-2.4 כדי לייצר שכבה שנייה של התנגדות כדי להקל על ההמראה בסוף ההליך. השתמש באותה התנגדות קרן אלקטרונים עבור שתי השכבות.</li>
	<li>רססו שכבת זהב מוליכה דקה (20 ננומטר) על החלק העליון של הדגימה לפני שתמשיכו לליתוגרפיה של קרן אלקטרונים.</li>
	<li>העבר את הדגימה למיקרוסקופ קרן אלקטרונים המצויד בליתוגרפיה. בעזרת כלוב פאראדיי, הגדר את זרם האלומה ל-150 pA.</li>
	<li>חשוף את הדגימה בעקבות פריסת העיצוב של ציוני הדרך של הרשת עם גודל צעד המוגדר ל-48 ננומטר, זמן השתהות לפיקסל ב-0.0243 msec עבור מינון של 150 μA/cm2.</li>
	<li>פתח את הדגימה באמצעות MIBK (מתיל איזובוטיל קטון): IPA (איזופרופנול) ביחס [1:3] למשך 45 שניות. עצור את התהליך על ידי טבילת הדגימה באיזופרופנול למשך 45 שניות נוספות.</li>
	<li>העבירו את המצע במאייד מתכת הפועל בלחץ בסיס של 8 x 10-8 mbar. הפקדה בקצב אידוי של 0.1 ננומטר/שנייה 2 ננומטר של Cr (שכבת הידבקות) ואחריה 70 ננומטר של Au.</li>
	<li>המשך להרמה כימית של הדגימה באמצעות אצטון שחומם ב-70 מעלות צלזיוס למשך כשעה וחצי.</li>
</ol>
3. שקיעת הננו-חוטים על המצע
<ol>
	<li>לדלל את תמיסת הננו-חוטים באתנול כדי לקבל צפיפות ננו-חוטים על המצע של כ-10 מיקרומטר2.</li>
	<li>פיפטה 50 מיקרוליטר של התמיסה ויצקה אותה על המצע המעוצב מראש. לייבש עם חנקן.</li>
</ol>
4. איתור הננו-חוטים על ידי מיקרוסקופ אופטי
<ol>
	<li>הנח את המצע המעוטר בננו-חוטים על מיקרוסקופ אופטי מכויל סטנדרטי.</li>
	<li>אתר במדויק את הקצוות של סדרה של ננו-חוטים מבודדים באיכות גבוהה ביחס לסימני היישור הקרובים ביותר.</li>
</ol>
5. ייצור האלקטרודות על ידי ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים, אידוי תרמי והרמה כימית
<ol>
	<li>השתמש במיקומים המדודים של הננו-חוטים כדי לעצב פריסת אלקטרודות. שלב רפידות קליטה גדולות (50 מיקרומטר x 50 מיקרומטר) כדי לחבר בדיקות מתח טונגסטן לאלקטרודה המגיעה לננו-חוטים.</li>
	<li>פיפטה 160 מ"ל של התנגדות קרן אלקטרונים פולי (מתיל מתקרילט) (PMMA) (ראה טבלת ריאגנטים) וציפוי ספין את המצע המכוסה ננו-חוטים בפרמטרי הציפוי העוקבים הבאים:
	<ol>
		<li>10 שניות במהירות של 4 x g ותאוצה של 4 x g לשנייה.</li>
		<li>1 שניות במהירות של 350 x g ותאוצה של 200 x g/sec.</li>
		<li>60 שניות במהירות של 700 x g ותאוצה של 200 x g/sec.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>אופים את הדגימה בחום של 170 מעלות למשך 10 דקות על צלחת חמה.</li>
	<li>חזור על שלבים 5.2-5.3 כדי לייצר שכבה שנייה של התנגדות כדי להקל על ההמראה בסוף ההליך. השתמש באותה התנגדות קרן אלקטרונים עבור שתי השכבות.</li>
	<li>רססו שכבת זהב מוליכה דקה (20 ננומטר) על החלק העליון של הדגימה לפני שתמשיכו לליתוגרפיה של קרן אלקטרונים.</li>
	<li>העבר את הדגימה למיקרוסקופ קרן אלקטרונים המצויד בליתוגרפיה. בעזרת כלוב פאראדיי, הגדר את זרם האלומה ל-150 pA.</li>
	<li>בעזרת סימני היישור, כייל את מערכת הקואורדינטות של מיקרוסקופ קרן האלקטרונים.</li>
	<li>חשוף את הדגימה בעקבות פריסת התכנון עם גודל צעד המוגדר על 48 ננומטר, זמן השתהות לפיקסל ב- 0.0243 msec עבור מינון של 150 μA/cm2.</li>
	<li>פתח את הדגימה באמצעות MIBK (מתיל איזובוטיל קטון): IPA (איזופרופנול) ביחס [1:3] למשך 45 שניות. עצור את התהליך על ידי טבילת הדגימה המפותחת באיזופרופנול למשך 45 שניות נוספות.</li>
	<li>העבירו את המצע במאייד מתכת הפועל בלחץ בסיס של 8 x 10-8 mbar. משקע בקצב אידוי של 0.1 ננומטר לשנייה, 2 ננומטר של Cr (שכבת הידבקות) ואחריו 70 ננומטר של Au.</li>
	<li>המשך להרמה כימית של הדגימה באמצעות אצטון שחומם ב-70 מעלות צלזיוס למשך כשעה וחצי.</li>
</ol>
6. העברה למיקרוסקופ קרינת דליפת פלזמון על פני השטח
<ol>
	<li>הגדר מיקרוסקופ דליפת פלזמון על פני השטח המצויד באובייקט צמצם מספרי גבוה (NA>1) ובמה פיזואלקטרית דו-צירית להתאמת מיקום הדגימה.</li>
	<li>הכן קרן גאוס מקולמת מלייזר אינפרא אדום קרוב. אורך גל עירור ארוך יותר מספק מרחק התפשטות פלזמון ארוך יותר. יישר את הקרן במיקרוסקופ. קוטר הקורה הקולימבית אמור למלא יתר על המידה את אישון הכניסה של המיקרוסקופ. זה מבטיח היווצרות נקודת מוקד מוגבלת עקיפה בממשק הזכוכית/אוויר.</li>
	<li>בעזרת מפצלי אלומה וסדרה של עדשות ממסר הממוקמות ביציאת יציאה אחת של המיקרוסקופ, יוצרים שני מישורים מצומדים עם מישור האובייקט ועם מישור פורייה (מישור המוקד האחורי האובייקטיבי), בהתאמה. הצב שתי מצלמות התקן מצמד טעינה (CCD) במיקום המטוסים המצומדים הללו.</li>
	<li>באמצעות השלב הפיזואלקטרי, יישר את הקצה של ננו-חוט מגע שנבחר כדי לחפוף את נקודת המוקד. התאם את המיקום כדי למקסם את צימוד האור למצב פלזמון.</li>
	<li>חבר ספק כוח מוסדר לרפידות הקבלה של מסופי החשמל עם קצות טונגסטן המותקנים על בדיקות מכניות תלת מימדיות. הכנס ממיר זרם למתח עם רווח נמוך (רווח 10mA/V) או מד זרם במעגלים.</li>
	<li>עקוב אחר ההטיה המיושמת, הזרם הזורם דרך הננו-חוט והתפלגות העוצמה שנרשמה על ידי שתי מצלמות ה-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>
<li>Dickson, R. M., Lyon, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unidirectional+Plasmon+Propagation+in+Metallic+Nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Unidirectional Plasmon Propagation in Metallic Nanowires.</a> J. Phys. Chem. B. 104, 6095-6098 (2000).</li>
<li>Kan, C. X., Zhu, J. -J., Zhu, X. -G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+nanostructures+with+well-controlled+shapes-synthesis%2C+characterization+and+growth+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Silver nanostructures with well-controlled shapes-synthesis, characterization and growth mechanism.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (15), 155304(2008).</li>
<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>
<li>Drezet, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leakage+radiation+microscopy+of+surface+plasmonpolaritons%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+B%22%5BJournal%5D)">Leakage radiation microscopy of surface plasmonpolaritons.</a> Mater. Sci. Eng. B. 148, 220-229 (2007).</li>
<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>
<li>Miljković, V., Shegai, T., Johansson, P., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulating+light+scattering+from+supported+plasmonic+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Simulating light scattering from supported plasmonic nanowires.</a> Opt. Express. 20 (10), 10816-10826 (2012).</li>
<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>
<li>Ditlbacher, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+Nanowires+as+Surface+Plasmon+Resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Silver Nanowires as Surface Plasmon Resonators.</a> Phys. Rev. Lett. 95 (25), 257403(2005).</li>
<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>
<li>Rivera, T. P., Lecarme, O., Hartmann, J., Rossitto, E., Berton, K., Peyrade, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assisted+convective-capillary+force+assembly+of+gold+colloids+in+a+microfluidic+cell%3A+Plasmonic+properties+of+deterministic+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.+B%22%5BJournal%5D)">Assisted convective-capillary force assembly of gold colloids in a microfluidic cell: Plasmonic properties of deterministic nanostructures.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 26, 2513-2519 (2008).</li>
<li>Cronin, S. B., et al. Thermoelectric investigation of bismuth nanowires. 18th international conference on Thermoelectrics, , 554-557 (1999).</li>
<li>Cronin, S. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Making+electrical+contacts+yo+nanowires+with+a+thick+oxide+coating%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Making electrical contacts yo nanowires with a thick oxide coating.</a> Nanotechnol. 13 (5), 653(2002).</li>
<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>
<li>Stahlmecke, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromigration+in+self-organized+single-crystalline+silver+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Electromigration in self-organized single-crystalline silver nanowires.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (5), 053122(2006).</li>
<li>Kim, F., Sohn, K., Wu, J., Huang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+Synthesis+of+Gold+Nanowires+in+Acidic+Solutions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+American+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Chemical Synthesis of Gold Nanowires in Acidic Solutions.</a> J. American Chem. Soc. 130 (5), 14442-14443 (2008).</li>
<li>Novotny, L., Hecht, B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNovotny%2C+L+%22Princ.+Nano-Opt%22">Princ. Nano-Opt</a>. , Cambridge University Press. (2006).</li>
<li>Wang, W. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dip-pen+nanolithography+of+electrical+contacts+to+single-walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Dip-pen nanolithography of electrical contacts to single-walled carbon nanotubes.</a> ACS Nano. 3 (11), 35443-33551 (2009).</li>
<li>Kuzyk, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectrophoresis+at+the+nanoscale%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Dielectrophoresis at the nanoscale.</a> Electrophoresis. 32 (17), 2307-2313 (2011).</li>
<li>Freer, E. M., Grachev, O., Duan, X., Martin, S., Stumbo, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-yield+self-limiting+single-nanowire+assembly+with+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Technol%22%5BJournal%5D)">High-yield self-limiting single-nanowire assembly with dielectrophoresis.</a> Nat. Technol. 5, 525-530 (2010).</li>
<li>Huang, J. -S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomically-flat+single-crystalline+gold+nanostructures+for+plasmonic+nanocircuitry%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Comm%22%5BJournal%5D)">Atomically-flat single-crystalline gold nanostructures for plasmonic nanocircuitry.</a> Nat. Comm. 1, 150(2010).</li>
</ol>

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

הסינתזה משתמשת בעודף של חומר פעילי שטח כימי שנותר קשור לפני השטח של הננו-חוט כפי שמוצג במיקרוגרף אלקטרוני ההולכה באיור 9(א). שכבה זו יוצרת מחסום דיאלקטרי המונע מהזרם לזרום דרך ממשק האלקטרודה-ננו-חוט. איורים 10(א) ו- (ב) מציגים דוגמאות אופייניות למאפייני מתח-זרם. צעדי זרם חדים בהטיות מסוימות מנקדים את העקומות. שלבים אלה מתרחשים כאשר צפיפות הזרם בננו-חוט גדולה מספיק כדי להרוס פיזית את שכבת פעילי השטח. מגע אוהמי בין האלקטרודות לננו-חוט נוצר לרוב לאחר שלב אחד עד שלושה צעדים....

Plasmonics שואפת למזג אלקטרוניקה ופוטוניקה בתמיכה פיזית משותפת באמצעות תיווך של גל צפיפות אלקטרונים הנקרא פולריטון פלזמון פני השטח1,2,3. פלזמון פני השטח יכול לנוע בגיאומטריות וממשקים שונים של מוליכי גל. ביניהם, ננו-חוטי מתכת רצויים במיוחד. כמבנים מעין חד-ממדיים הם מגבילים באופן דרסטי את שדה הפלסמון לסולם תת-אורכי גל עמוק תוך שהם פועלים כחיבורים חשמליים המסוגלים לקיים זרימת אלקטרונים כפי שמתואר בשרטוט האמנותי של איור 1.
גם התפשטות פלזמון פני השטח וגם הובלת אלקטרונים רגישים לאי-הומוגניות מבנית של הננו-חוט (למשל קיפולים, פגמים גבישיים וכו'). מכיוון שהם יכולים לגדול כגביש יחיד עם מעט פגמים, ננו-חוטי מתכת מסונתזים כימית6 מספקים בדרך כלל ביצועי הובלה משופרים על פני ננו-חוטי מתכת אמורפיים המיוצרים בגישות מלמעלה למטה (למשל ליתוגרפיה של אלומת אלקטרונים)12. מימוש תא יחידת רשת פלזמוני דורש העברת הננו-חוטים מתמיסה קולואידית למצע זכוכית. ללא כל דפוס מורכב ספציפי כמו פונקציונליזציה של פני השטח13 או טכניקות הרכבה עצמית14, ננו-חוטים מכוונים בדרך כלל באופן אקראי על המצע. התפלגות בלתי מבוקרת זו של כיוונים מסבכת באופן דרסטי את החיבור החשמלי של הננו-חוט למקור כוח חיצוני.
במאמר זה, ננו-חוטי כסף מסונתזים כימית בעלי אוריינטציה אקראית מתקשרים בהצלחה על ידי מסופי חשמל מקור וניקוז. לשם כך משולבת מיקרוסקופיה אופטית עם ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים כדי לאתר במדויק את הננו-חוט וליצור מגעים חשמליים15,16. מתואר הליך אפיון המעריך את הביצועים האלקטרו-פלזמוניים של המעגלים. לאחר ייצור האלקטרודות, הננו-חוטים במגע מועברים למיקרוסקופ קרינת דליפת פלזמון על פני השטח לניתוח ההשפעה של זרימת אלקטרונים על התפשטות פלזמונים על פני השטח. המיקרוסקופ משתמש בבסיס הפוך המצויד באובייקט טבילה בשמן עם צמצם מספרי גבוה ושתי מצלמות התקן מצמד מטען (CCD) הממוקמות במישור האובייקט המצומד ובמישור פורייה המצומד, בהתאמה. שני המישורים המצומדים הללו מספקים מידע משלים על תכונות הפלזמון של פני השטח. פרטי ההתפשטות מוסקים ישירות מניתוח מישור התמונה, בעוד שהתפלגות המומנטום מוצגת על ידי הדמיית מישור פורייה9.
פלזמונים על פני השטח נרגשים בננו-חוט בודד על ידי מיקוד קרן לייזר קרובה לאינפרא אדום בנקודה מוגבלת בעקיפה בממשק הזכוכית/אוויר. כאשר קצה ננו-חוטים מיושר בתוך אזור המוקד, אור הלייזר המפוזר יוצר התפלגות רחבה של וקטורי גל, חלקם מהדהדים עם עירור של פלזמון פני השטח. התפשטות גל פני השטח הזה מודמית על ידי איסוף הדליפה של המצב הנפלט במצע או על ידי התבוננות בפלזמון המפוזר בקצה הדיסטלי של הננו-חוטים. אורך ההתפשטות והאינדקס האפקטיבי של מצב הפלזמון של פני השטח הדולפים נמדדים על ידי ניתוח התפלגות העוצמה במיקרוסקופ קרינת דליפה דו-מישורית.
ברגע שמתפתח פלזמון פני השטח בננו-חוט, מסופי הניקוז והמקור בכל קצה של הננו-חוט מחוברים לאספקת מתח מווסת. מצלמות ה-CCD מנטרות בזמן אמת את תכונות הפלזמון של פני השטח כפונקציה של הזרם הזורם דרך הננו-חוט. עבור כל ערך של מאפיין ההעברה החשמלית, נקבעים האינדקס האפקטיבי ואורך ההתפשטות של מצב הפלזמון פני השטח. הליך זה מאפשר להעריך את המגבלה של מעגל מבוסס ננו-חוטים כדי לקיים בו זמנית את הובלת האלקטרונים והפלזמונים7.

<table><tbody><tr><td>DMEM</td><td>Invitrogen</td><td>ABCD1234</td><td></td></tr><tr><td>אתילן גליקול (EG)</td> <td>סינופארם ריאגנט כימי ושות', בע"מ</td><td>T20111130</td><td></td></tr><tr><td>PMMA</td><td>Allresist</td><td>AR-P 679</td><td></td></tr><tr><td>אצטון אנלר נורמאפור</td><td>VWR Prolabo</td><td>20066.296</td><td></td></tr><tr><td>איזופרופנול (IPA) אנלר נורמאפור</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>פולי-(וינילפירולידון) (PVP)</td><td>Aladdin Chemistry Co., Ltd</td><td>1041671-31744</td><td></td></tr><tr><td>Dimethysilicone</td><td>Sinopharm Group Company Limited</td><td>H201-500</td><td></td></tr><tr><td>פרופילן גליקול מתיל אתר אצטט</td><td>מיקרוכימיקלים Gmbh</td><td>AZ EBR</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוסקופ אופטי הפוך</td><td>Nikon</td><td>TE 2000</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוסקופ אובייקטיבי</td><td>Nikon</td><td>1.49/100X TIRF Plan-Apo</td><td></td></tr><tr><td>CCD מצלמות (2x)</td> <td>Andor</td><td>Luca-S</td><td></td></tr><tr><td>ספק כוח מוסדר</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>נתוני רכישה</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>ממיר זרם למתח</td><td>תוצרת בית</td><td>רווח 10 mA/V</td><td></td></tr><tr><td>קרן אלקטרונים מיקרוסקופ</td><td>JEOL</td><td>FEG 6500</td><td></td></tr><tr><td>תוסף ליטוגרפיה</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>מאייד תרמי</td><td>PLASSYS</td><td>MEB 400</td><td></td></tr><tr><td>מיקרומטר שלב בדיקה (2x)</td><td>S&Uuml; SS MicroTec</td><td>PH110</td><td></td></tr><tr><td>שלב פיזואלקטרי</td><td>Mad City Labs</td><td>Nano LP100</td><td></td></tr></tbody></table>

הערכת הובלה פלזמונית בננו-חוטי כסף נושאי זרם

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

פלזמוניקה היא טכנולוגיה מתפתחת המסוגלת להעביר בו זמנית אות פלזמוני ואות אלקטרוני על אותו מידעתומך 1,2,3. בהקשר זה, ננו-חוטי מתכת רצויים במיוחד למימוש רשתות ניתוב צפופות4. תנאי מוקדם להפעלת פלטפורמה מבוססת ננו-חוטים משותפת כזו מסתמך על היכולת שלנו ליצור קשר חשמלי עם ננו-חוטי מתכת בודדים ולעורר ביעילות פולריטון פלזמון על פני השטח5 בתמיכת מידע זו. במאמר זה, אנו מתארים פרוטוקול להבאת מסופים חשמליים לננו-חוטי כסף מסונתזים כימית6 המופצים באופן אקראי על מצע זכוכית7. המיקומים של קצוות הננו-חוטים ביחס לציוני דרך מוגדרים מראש ממוקמים במדויק באמצעות מיקרוסקופ שידור אופטי סטנדרטי לפני אנקפסולציה בהתנגדות רגישה לאלקטרונים. תעלות המייצגות את פריסת האלקטרודות מתוכננות לאחר מכן על ידי ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים. לאחר מכן מייצרים אלקטרודות מתכת על ידי אידוי תרמי של שכבת Cr/Au ואחריה הרמה כימית. ננו-חוטי הכסף במגע מועברים לבסוף למיקרוסקופ קרינת דליפה לעירור ואפיון פלזמון פני השטח8,9. פלזמונים על פני השטח משוגרים בננו-חוטים על ידי מיקוד קרן לייזר אינפרא אדום קרובה על נקודה מוגבלת בעקיפה החופפת קצה ננו-חוט אחד5,9. עבור ננו-חוטים גדולים מספיק, מצב פלזמון פני השטח דולף לתוך מצע הזכוכית9,10. קרינת דליפה זו מזוהה, מצולמת ומנותחת בקלות במישורים המצומדים השונים במיקרוסקופ קרינת דליפה9,11. המסופים החשמליים אינם משפיעים על התפשטות הפלזמון. עם זאת, הידרדרות מורפולוגית הנגרמת על ידי זרם של הננו-חוט פוגעת באופן דרסטי בזרימת הפלסמונים על פני השטח. השילוב של מיקרוסקופ קרינת דליפת פלזמון על פני השטח עם ניתוח סימולטני של מאפייני ההובלה החשמלית של ננו-חוטים חושף את המגבלות המהותיות של מעגלים פלזמוניים כאלה.

איור 2(a) מציג מיקרוגרף של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של ננו-חוט Ag טיפוסי באורך 10 mm שסונתז באמצעות הפרוטוקול שפורט לעיל. רוחב הננו-חוט הוא כאן 200 nm, כפי שניתן לראות בתצוגת התקריב של הקצה השמאלי באיור 2(b). האיור מראה בבירור את הסימטריה החמיסית של צמיחת הגביש. אין פגמים נראים על פני השטח של הננו-חוט (למשל קיפולים, חלקיקים, וכו'). הסינתזה מובילה להתפלגות רחבה של אורכי ורוחבי ננו-חוטים. ננו-חוטים קצרים וקטנים יותר נראים בבירור מסביב לחוט העבה ביותר באיור 2(a)</s...

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.

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

מעגל פלסמוני זה, המבוסס על ננו-חוטים, מעביר בו-זמנית אלקטרונים ופלסמונים שפתיים. על תמיכת מידע משותפת, השליך תחילה תמיסה קולואידית של ננו-חוטי כסף על כיסוי זכוכית שעבר טיפול מקדים ב-PA עם סימני יישור. לאחר מכן, באמצעות תוכנת עיצוב, בחר את קצוות הננו-חוטים כדי לייצר בדיוק את אלקטרודות המגע באמצעות ליתוגרפיית קרן אלקטרונים.בשלב הבא, בחן את תכונותיהם של ננו-חוטי הכסף במגע תחת מיקרוסקופ קרינת דליפת פלזמה שטחית. תוצאות מדד האפקטיביות ואורך ההפצה של הפלזמה השטחית יכולים להראות את התפתחות מאפייני הפלזמה השטחית כפונקציה של המתח המוטל. הרעיון לפתח שיטה זו עלה בראשי לראשונה כאשר התברר שניתן להשתמש בננו-חוט גבישי להעברת פקודה חשמלית ונשיאת אות אופטי בו-זמנית.הדגמה של עירור פלזמה שטחית בננו-חוט תבוצע על ידי Ana, מהנדסת מהמעבדה שלי. יש לדלל את תמיסת הננו-חוטים ב-ethanol כדי להשיג צפיפות של ננו-חוט אחד לכל 10 square microns בקירוב על המצע. לאחר מכן, יש להעביר בפיפטה 50 µL מהתמיסה ולהטיל אותה בשיטת drop casting על מצע ה-pre-PA, ולייבש בנשיפת nitrogen.הנח את התשתית המעוטרת בננו-חוטים על מיקרוסקופ אופטי סטנדרטי ומכויל, ואתר במדויק את הקצוות של סדרה של ננו-חוטים מבודדים באיכות גבוהה ביחס לסימני היישור הקרובים ביותר. השתמש במיקומים שנמדדו של הננו-חוטים כדי לתכנן פריסת אלקטרודות. שלב פדים קליטה גדולים לצורך חיבור גששי מתח מטונגסטן לאלקטרודה.במעבר לננו-חוטים, פפטי 160 µL של פולימתיל methacrylate (PMMA) כחומר עמיד לאלומה אלקטרונית. לאחר מכן, בצע ציפוי סבב (spin coat) למצע המכופה בננו-חוטים לפי פרמטרי הציפוי הרצופים הללו. חמם את הדגימה ב-170 °C למשך 10 דקות.חזור על התהליך עבור שכבת רזיסט שנייה באמצעות אותה קרן אלקטרונים. רזיסט עבור שתי השכבות. כעת בצע התזת שכבת זהב מוליכה דקה על גבי הדגימה.העבר את הדגימה למיקרוסקופ אלקטרונים המצויד לליתוגרפיה באמצעות כלוב פאראדיי. מדוד את זרם האלומה. לאחר מכן, באמצעות סימני היישור, כייל את מערכת הצירים של מיקרוסקופ האלקטרונים.חשפו את הדגימה בהתאם לתוכנית העיצוב. קבעו את גודל הצעד וקבעו את זמן השהייה לכל פיקסל עבור מינון וזרם קרן ספציפיים. כעת, פתחו את הדגימה באמצעות יחס של אחת לשלוש של methyl isobutyl ketone לאיזופרופנול למשך 45 שניות.כדי לעצור את התהליך, טבול את הדגימה המפותחת באיסופרופנול למשך 45 שניות נוספות. העבר את התשתית למאדה מתכת, הפועל בלחץ בסיס של 8×10⁻⁸ millibar ובקצב אידוי של 0.1 nm לשנייה. השקע שכבת הידבקות של 2 nm של כרום, ולאחריה 70 nm של זהב. בצע liftoff כימי של הדגימה באמצעות אצטון המחומם ל-70 °C למשך כ-1.5 שעות.הקימו מיקרוסקופ פלזמה שטחית ודליפה, המצויד בעדשה עם מספר מפתח גבוה ובבמה פייזו-אלקטרית דו-צירית. כדי לכוונן את מיקום הדגימה, הכינו קרן גאוסיאנית מצופה מלייזר באינפרא-אדום קרוב. אורך גל עירור ארוך יותר מאפשר מרחק התפשטות ארוך יותר של הפלזמה.יישרו את הקרן במיקרוסקופ. ודאו שקוטרה של הקרן המקולטת ממלאת באופן מלא את האישון הכניסה של המיקרוסקופ ליצירת נקודת מוקד מוגבלת-דיפרקציה בממשק הזכוכית-אוויר, בעזרת מפליט קרן וסדרת עדשות ממסר הממוקמות בפתח יציאה אחד של המיקרוסקופ אשר יוצרות שני מישורים הצמודים למישור העצם ולמישור פורייה בהתאמה; מקמו שתי מצלמות CCD במיקומי המישורים הצמודים הללו. כעת, באמצעות הבמה הפיזואלקטרית, יישרו את קצהו של ננו-חוט במגע שנבחר כך שיחפף את נקודת המוקד.כווננו את המיקום כדי למקסם את צימוד האור למצב הפלסמה. חברו ספק כוח ממותג למסדי הקליטה של ההדקים החשמליים עם קצות טונגסטן המורכבים על גששים מכניים תלת-ממדיים. הכניסו למעגל ממיר זרם למתח בעל הגבר נמוך או מד זרם.לאחר מכן, נתח את המתח המופעל, את הזרם הזורם דרך ננו-החוט ואת התפלגויות העוצמה שנרשמו על ידי שתי מצלמות ה-CCD. מיקרוגרף זה ממסורון אלקטרונים סורק מציג ננו-חוט כסף טיפוסי באורך 10 micrometer. תצפית מקרוב על הקצה השמאלי מעידה על רוחב של 200 nanometer של ננו-החוט עם סימטריה חמישית של צמיחת הגביש.תמונות אלו ממסורון אלקטרונים מראות את סימני היישור שהודפסו בליתוגרפיה על מצע הזכוכית. הצלבים המסומנים במרכז שטח הכתיבה משמשים לאיתור מדויק של ננו-חוטים שהופקדו באופן אקראי בעזרת מיקרוסקופ אופטי. אלקטרודות אלו תוכננו באמצעות ליתוגרפיה באלומה אלקטרונית בהשקבות עוקבות של 2 nm כרום ו-70 nm זהב.כאן תמונת קרינה דולפת מראה פלזמה שטחית המתפתחת בננו-חוט כסף חשוף ללא חיבורים חשמליים. שימו לב כי העירור הממוקד מופיע כאזור רווי בעוצמה החופף לקצה אחד של הננו-חוט; התפלגות העוצמה הוקלטה לאחר מכן במישור פורייה. המיקום של המדד האפקטיבי של מצב הפלזמה ואורך ההפצה שלו נגזרים מהתאמה ליניארית (Lian fit) לנתונים.תמונה זו ממחישה את ההתהלכות של אופן פלזמה שטחית דולפת בחוט ננו של כסף המחובר חשמלית. באמצעות המידע הכלול בסכימת דימוי מישורית כפולה זו, מוערכים מאפייני הפלזמות השטחיות כאשר נוצר זרם בחוט הננו. תוצאות מייצגות אלו מראות את התפתחות מאפייני הפלזמה השטחית עם מתח מושמא שמופעל באלקטרודות.מאפיין המתח-זרם של ננו-חוט כסף מראה את הפריצה המושרית על ידי אלקטרו-מיגרציה. בעוד שהמדד האפקטיבי של הפלסמה והרוחב המלא בחצי הגובה (FWHM) נגזרים מניתוח מישורי (Fourier plane analysis) ומדווחים עבור כל מתח הטייה הקרוב לקרע החשמלי. הפלסמה אינה מגיעה עוד לקצה הרחוק של הננו-חוט.דבר זה מאומת על ידי תמונות קרינת הדליפה. מיקרוגרפמות אלקטרוניות בשידור ברזולוציה גבוהה אלו מראות נוכחות של חומרים פעילי שטח על פני השטח של ננו-חוטי הכסף המסונתזים, המשפיעה על זרימת הזרם. שכבה זו יוצרת מחסום דיאלקטרי המונע מהזרם לזרום דרך הממשק.גרפים אלו מראים מאפייני זרם-מתח עבור שני ננו-חוטים מחוברים שונים שנמדדו במהלך סריקת מתח ראשונית. קפיצות זרם פתאומיות מופיעות בעקומות, המעידות על הרס חלקי של שכבת הסורפקטנט הממוקמת בין אלקטרודות הזהב לפני השטח של הננו-חוט. מגע אומי נוצר כאשר סריקת מתח עוקבת מראה מאפיין ליניארי.לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה מעמיקה לגבי האופן שבו ניתן ליצור מגע חשמלי עם ננו-חוטים ממתכת שהופקדו באופן אקראי, וכיצד למדוד את הפרמטרים הקריטיים השולטים בפלזמה פנית ובהגבלה במוליכי גל חד-ממדיים אלו.

evaluating-plasmonic-transport-in-current-carrying-silver-nanowires

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

הערכת הובלה פלזמונית בחוטי כסף ננו הנושאים זרם

פינצטה Plasmonic ננו גבישים פוטוניים מוצגים לייצר שיפורים שימושיים בשליטה היעילות ואת האוריינטציה של אופטית השמנה מיקרו ו ננו חלקיקים.

ניצול של ננו גבישים פוטוניים Plasmonic ו מניפולציה מיקרו ו Nanoparticle משופרת

צינורות זהב הפתרון suspendable עם ממדים מבוקרים יכולים להיות מסונתזים על ידי תצהיר אלקטרוכימי בתחמוצת ממברנות נקבוביות anodic אלומיניום (AAO) באמצעות ליבת פולימר הידרופובי. צינורות זהב ומערכי Nanotube הבטחה עבור יישומים בbiosensing plasmonic, ספקטרוסקופיית ראמאן המשופרת קרקע, חימום צילום תרמי, הובלה יונית ומולקולרית, מיקרופלואידיקה, קטליזה ואלקטרוכימי חישה.

תבנית בימוי סינתזה של צינוריות זהב Plasmonic עם ספיג IR מתכוונן

מתוארת מתודולוגיה מבוססת הדפסת העברה בת קיימא להכנסת ננו-מבני מתכת פלזמוניים בתאים סולאריים.  באמצעות חותמות פולי ננו-עמודים (דימתילסילוקסן), מערך ננו-דיסק מסודר מבוסס Ag שולב עם תאים סולאריים מיקרו-קריסטליים מוקשים סטנדרטיים, מה שהוביל לשיפור ביצועי המכשיר עקב לכידת אור פלזמונית.

שילוב של אור ננו-מבני כסף השמנה בתאים סולריים המוקשה Microcrystalline הסיליקון ידי העברת הדפסה

פיזור רווי ורווי הפוך התגלו בחלקיקים פלזמוניים מבודדים ואומצו כשיטת ניגודיות חדשה ללא הלבנה במיקרוסקופיה ברזולוציה גבוהה. כאן מוסברים בפירוט ההליכים הניסיוניים של איתור וחילוץ פיזור לא ליניארי, כמו גם כיצד לשפר את הרזולוציה בעזרת מיקרוסקופ עירור רווי.

מדידת פיזור אי-לינאריות מNanoparticle Plasmonic יחיד

מתבצעת סינתזה של ננו-חלקיקי זהב אחידים המצופים בקליפות מוליכים למחצה של CdS או ZnS. ציפוי המוליכים למחצה מתבצע על ידי הפקדת מעטפת גופרתית כסף והחלפת קטיוני הכסף בקטיוני אבץ או קדמיום.

סינתזה, אפיון, ואת Functionalization של תקליטורים היברידי Au / ו Au / ZnS Core / Shell חלקיקים

שיטת סינתזה פשוטה משמשת להלחמה כימית של סרט דק של ננו-חוטי כסף לייצור מוליכי מתכת נמתחים ומוליכים במיוחד.

שיטת ייצור למוליכים מאוד מתיחה עם Nanowires הכסף

תהליך ייצור השבבים כי משלבת פינצטה plasmonic מוצג כאן. השבב מאפשר הדמיה של חלקיק לכודים למדוד כוחות לכידה מירבית.

השמנת Plasmonic ושחרור של חלקיקים בסביבת ניטור

אנחנו מדגימים הזיוף של מערכים nanocup זהב תקופתיים באמצעות טכניקות ליטוגרפית colloidal ולדון את החשיבות של סרטים nanoplasmonic.

ייצור של מערכים Nanocup זהב תקופתיים באמצעות Colloidal ליתוגרפיה

המטרה של פרוטוקול זה היא לפרט גישה מוכחת להכנת דגימות הפלמונית ננו-חלקיק ולביצוע ספקטרוסקופיית חלקיקים בודדים עליהם בעזרת מיקרוסקופ בניגוד להפרעות דיפרנציאליות (DIC).

מבצע ספקטרוסקופיית על חלקיקי פלמונית עם מיקרוסקופ ניגוד מבוסס שידור מסוג Nomarski הפרעות דיפרנציאליות

פרוטוקול לצילום אנאיזוטרופי של המשטרה על מימית-מושעה Au nanorods באמצעות הפנים מקומי פליום הריגוש מוצג.

הפקדת המשטרה על הננו-מפלסי על ידי משטח פלשני הריגוש

מוצג כאן הוא פרוטוקול לסינתזה של כסף פלדיום (Ag-Pd) חלקיקי מסגסוגת (NPs) נתמך על ZrO2 (Ag-Pd / ZrO2). מערכת זו מאפשרת קצירת אנרגיה מהקרנת אור נראה כדי להאיץ ולשלוט טרנספורמציות מולקולריות. זה מאויר על ידי הפחתת nitrobenzene תחת הקרנה קלה מזורז על ידי Ag-Pd / ZrO2 NPs.

הכנת חלקיקי כסף-פלדיום לסגסוגת עבור קטליזה פלסמונית תחת תאורת אור גלוי

חקור הובלה פלזמונית בננו-חוטי כסף נושאי זרם לשילוב מעגלים אלקטרוניים ואופטיים. השיטה מאפשרת מדידת אינדקס אפקטיבי ואורך התפשטות של פלזמוני משטח בזרם חשמלי.

הערכת הובלה פלזמונית בננו-חוטי כסף נושאי זרם

גלה סרטונים נוספים