Name: הנחישות של עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח Polaritons (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-21T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 39 s
Description: חקור שיטה פשוטה למדידת שיעורי עירור וצימוד בין פולטי אור לפולריטוני פלזמון משטח במערכים מחזוריים מתכתיים. השיטה משתמשת בספקטרוסקופיית רפלקטיביות ופליטת אור מזווית וקיטוב, ללא צורך במדידות מבוססות זמן.

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

מחקר זה נתמך על ידי האוניברסיטה הסינית של הונג קונג דרך את 4053077 מענקים ישיר, 4441179, מהרשות לשיקום האסיר תחרותי שהוקצבה מענקי מחקר, 402812, 14304314, ואת אזור של מצוינות AoE/P-02/12.

1. כיוונון של הפרעה ליתוגרפיה
הערה: הפרעה ליתוגרפיה משמש ליצור מערכים תקופתיים12. הגדרת סכמטית, כפי שמוצג באיור 1, נבנית כדלקמן:
<ol><li>פוקוס על 325 ננומטר לייזר של לייזר כינוייהם HeCd 13 X UV המטרה עדשה, עוברים דרך הקדמוניות 50 μm מבוסס מסנן מרחבי עבור מצב ניקוי.</li>
	<li>מקום שני קשתיות בקוטר 2.5 ס מ 30 ס מ אחד מהשני כדי לסנן האזור המרכזי של האור מתפצלים. לאחר איריס השני, הקוטר קרן שווה ל- 2.5 ס מ, עולה לאט מאוד עם המרחק, אשר &lt; 3 ס"מ 1 מ' במרחק הקשתית השני. ההנחה האור היא כמעט להיות ממוקדת. הערה: הפלט של איריס השני צריך להיות אחיד כאשר נבדק על ידי עיניים בלתי מזוינת.</li>
	<li>לנווט קרן מקבילות כדי מראה interferometer של לויד. ההתקנה של לויד מכיל בעל מדגם מבוסס-פריזמה בניצב מראה מוצבים ס"מ 5.04 אליו. האיורים ישירה ושיקפה יחד יוצרים גל עומד יציב לאורך פני מדגם המתבנת. המנסרה פועל מכשיר antireflection. הערה: תקופת P של גל עומד יכול להיכתב: <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq9.jpg"> , כאשר λ = 325 nm ו α הוא הזווית התקרית ביחס מדגם רגיל, כפי שמוצג באיור1. הזווית האירוע יהיה מכוון על ידי סיבוב ההתקנה של לויד.</li>
</ol>2. הכנת מערך תקופתית
הערה: המדגם מוכן תחת הליך רגיל שהוצעה על ידי היצרן. כל ההליכים מתבצעים בטמפרטורת החדר.
<ol><li>השתמש מצע זכוכית2 1 ס מ. תנקה את הזכוכית עם מתנול, אצטון למשך 10 דקות כל באמבט אולטראסוני ואופים ואז מראש זה על פלטה חמה ב 200 ° C עבור h 1 כדי להסיר לכלוך.</li>
	<li>ספין-המעיל המצע זכוכית עם שכבה עבה אדהזיה 5 nm ו של 100 ננומטר בעובי שלילי SU-8 photoresist עם שני-מהירות ספין-coater.<ol>
<li>לדלל את photoresist SU-8 עם גמא-ביוטרולקטון על יחס של 1:5 (v/v) כך העובי יכול להיות נשלט קרוב 100 ננומטר לאחר ציפוי ספין.</li>
		<li>לוותר על 3-5 טיפות (0.2 מ"ל) של פתרון אדהזיה על המצע זכוכית ו ספין ב 600 סל ד עבור 10 s ו 3600 סל"ד עבור 1 דקות, ברציפות.</li>
		<li>חזור על שלב 2.2.2 עם 5-7 טיפות (0.3 מ ל) של סו מדולל-8 מ שלב 2.2.1 באותה מהירות. הערה: השכבה אדהזיה משפר את הידבקות בין המצע זכוכית את photoresist כך photoresist ואינה מתקלפת במהלך פיתוח. עובי השכבה SU-8 נשלטת על ידי הריכוז ואת המהירות של ספין-coater.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Prebake המדגם על כיריים 65 ° C ו 95 ° C עבור 1 דקות כל אחד. תנורי פה ואינן מומלצות.</li>
	<li>להעביר את הדגימה המנסרה ב interferometer. להוסיף טיפה של התאמת שמן מקדם שבירה (n = 1.45) כדי לצרף את הדגימה על המנסרה. למקם אותו כמה שיותר קרוב המראה ככל האפשר. הערה: המדגם מחובר על פריזמה השטח בשל מתח הפנים של השמן. מקדם שבירה של שמן נבחר להיות זהה המצע פריזמה וזכוכית לחסל את השתקפות בחזרה ההפרעה.</li>
	<li>על סריג מרובע דו מימדי, לחשוף את הדגימה פעמיים עם חשיפה זמנית אבל הכוונה אורתוגונלית; לחשוף את הדגימה, ואז לסובב אותו 90 ° לחשיפה השני. כאשר אור ננומטר 325, חשופים photoresist זה crosslinks, לא יכול להיות מומס על-ידי המפתח SU-8. הערה: הקוטר D של המערך יכול להיות נשלט על ידי התאמת את זמן החשיפה.</li>
	<li>קשה לאפות המדגם-65 ° C ו- 95 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות למנוע הסרט סדיקה.</li>
	<li>לטבול המדגם כולו במפתח למשך 2 דקות עם עצבנות מתמדת כדי להמיס את האזור סמויה.</li>
	<li>לטבול את הדגימה ב אלכוהול איזופרופיל עבור 1 דקות יש לשטוף את שאריות ולאחר מכן לייבש אותו עם אוויר דחוס. מערך nanohole מופק לאחר מכן.</li>
</ol>3. זהב הסרט התצהיר, ציפוי פולט אור
<ol><li>לצרף את הדגימה מדגם האוחז המגנטרון תדר רדיו sputtering התצהיר המערכת עם סרט הדבקה דו-צדדי Au הסרט להפקדה.</li>
	<li>לשאוב את החדר כדי 2 x 10-6 טנדר של גוה של הבסיס לחץ באמצעות משאבה turbomolecular, ואז חזרה למלא אותו עם 6 x 10-3 טנדר של גוה של טוהר גבוהה במיוחד Ar גז.</li>
	<li>השימוש יעד Au 99.9% בקוטר 5 ס מ ומניחים תריס בין המדגם לבין המטרה. השתמש צריכת חשמל נמוכה (50 W) להקטין את קצב התצהיר וכן. החספוס פני השטח. עם צמצם סגור, להתיז מראש את המטרה 10 דקות להסיר לכלוך.</li>
	<li>פתח את התריס כדי לעבד את התצהיר בטמפרטורת החדר במשך 20 דקות. עובי הסרט של 100 ננומטר מועבר באופן שגרתי על מנת להבטיח כי מערכת plasmonic שטיחות עבה עם שום שידור.</li>
	<li>ברגע המדגם יהיה מוכן, ספין-קואט האור פליטת חומרים כגון צבעים אורגניים או קוונטית נקודות על פני השטח מתכת כדי ליצור שכבה דקה של דיאלקטרים.<ol>
<li>בשביל לצבוע styryl 8 בשימוש הפניה9, לפזר 20 µg של µg styryl 8 ו- 500 של פולימר פוליוויניל אלכוהול (PVA) ב 5 מ של מתנול.</li>
		<li>לוותר על 3-5 טיפות (0.2 מ"ל) של צבע פתרון על הדגימה, ספין ב 600 סל ד עבור 10 s ו 3600 סל"ד עבור 1 דקות ברציפות. העובי מוערך 80 ננומטר. הערה: פולימרים מסיסים או לא מסיסים במים יכול לשמש כחומר עגינת בהתאם לסוג החומר פולטות. אולם, הפולימר צריך להיות הלא-emissive כך שזה לא יפריע המידות פוטולומיניסנציה. פולימר פוליוויניל אלכוהול (PVA) מומלצת המסת צבע מסיס במים כגון rhodamine 6 G ו styryl 8.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. השתקפות מדידות לקביעת קצב הניוון SPP
הערה: ההגדרה של קיטוב - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה השתקפות מוצג באיור2. זה מורכב מד זווית עם שלושה שלבים סיבוב לשינוי באופן עצמאי את כיוון מדגם (שלב 1), זיהוי זווית (שלב 2), כמו גם הזווית azimuthal מדגם (שלב 3).
<ol><li>השתמש אור לבן פס רחב של מנורת קוורץ כמקור אור. תחילה כמה זה כדי צרור סיבי כינוייהם, אז collimate זה על-ידי זוג עדשות קוליניאריות המטרה פנים אל פנים (5 X ו- 60 X). יאיר אלומת האור על הדגימה בזוויות שונות האירוע על-ידי שינוי כיוון הדגימה. המקום זוג מקטב התקרית, מנתח זיהוי לפני ואחרי המדגם למדידות תלויי-קיטוב. הערה: מטרות פנים אל פנים לשמש מערכת עדשות collimates ומרחיבה את מקור האור הלבן של סיבים כינוייהם.</li>
	<li>להשתמש בד כינוייהם כדי לאסוף את ראי מדגם, אשר מחובר ספקטרומטר, גלאי CCD עבור ספקטרוסקופיה.</li>
	<li>יישר את הכיוונון בקפידה כדי להבטיח מדגם כיוון הבמה והן זיהוי הסיבוב שלבים הם קונצנטריים, כלומר., צירי הסיבוב שלהם הן קוליניאריות.</li>
	<li>כיילו את ההתקנה עם סרט Au שטוח. למדוד את ספקטרום השתקפות בזוויות שונות התקרית ולהשוות אותם עם ספקטרום השתקפות התיאורטי המחושב על-ידי חוקי פרנל באמצעות פונקציית מבודד Au ידוע. שתי קבוצות של נתונים צריך להיות עקבי עם פחות מ- 5% של שגיאה.</li>
	<li>לאחר ההתקנה יהיה מוכן, למדוד את מקוטב לינארית, p או s, ספקטרה השתקפות של המדגם בזוויות שונות התקרית. שלב גודל הזווית התקרית הוא 0.5° ואת הרזולוציה גל היא 0.66 ננומטר. כדי לאסוף את הספקטרום תחת מספר זוויות התקרית, תכנית נכתבה אוטומציה כולל תנועה מכנית, תריס בקרה, חדרי קירור והקפאה, רקע חיסור, וכו '. הערה: שלב זה מתבצע שהמפתחות. התוכנית הינו זמין על פי בקשה. אנא שלח דואר אלקטרוני אל המחבר המתאים עבור קוד המקור במידת הצורך.</li>
	<li>מתאר להתוות את השתקפות לעומת גל וזווית תקרית כדי לקבל את יחס נפיצה של מערכת plasmonic לקביעת קצב זיהוי ודעיכה מצב. הערה: הזווית azimuthal מדגם זה כדי לאתר את המיקום באזור ברילואן. לדוגמה, עבור דגימה בסריג מרובע, לסובב את הדגימה azimuthally כך באחת התקופות מקבילים עם המטוס התקרית, אפשרות זו מגדירה את כיוון Γ-X. סיבוב המדגם ב- 45 מעלות כדי להגדיר את הכיוון Γ-M.</li>
	<li>אם האירוע מקוטב מוגדר ב- 45 מעלות ביחס המטוס התקרית הוא ב-45 °, למדוד את המיפוי אורתוגונלית, או קרוס-מקוטב, השתקפות.</li>
	<li>תמצית ספקטרום השתקפות מקוטב-p ו אורתוגונלית ובכושר אותם באמצעות CMT9,12,13, כפי שמתואר בדיון לקביעת קצב הניוון של SPPs.</li>
</ol>5. פוטולומיניסנציה מדידות לקביעת היחס כוח פליטה
הערה: ההתקנה פוטולומיניסנציה נפתרה זווית קיטוב מוצג באיור3.
<ol><li>החלף את מקור האור בפס רחב 514 nm ארגון יון או 633 ננומטר לייזר הנה. השתמש במסנן קו לייזר עם רוחב חצי מקסימום (FWHM) ופחות מ- 5 nm כדי לנקות את הלייזר spectrally ומניחים צלחת חצי-גל כדי לשלוט המדינה קיטוב של קרן הלייזר. את מד זווית ויחידת איתור נותרים ללא שינוי. המקום מסנן חריץ לפני יחידת זיהוי כדי להסיר קו לייזר, אשר קובר את הפריה חוץ גופית. הערה: אורך הגל של הלייזר תלוי בסוג של חומרים פולטות. אנרגיה פוטון גבוהה נדרשת כדי לרגש את החומר עם אורך גל קצר יותר של פליטה.</li>
	<li>כדי למדוד את היחס בין הכוח פליטת עבור הציוד (2) &amp; (3), לנהל שני סוגי מדידות: הסריקות לאיתור של האירוע. פעולת הגומלין בין הסריקות תקרית וזיהוי לסייע בקביעת <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> , <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> , <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> , ו <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq13.jpg"> .</li>
	<li>עבור הסריקה התקרית, משתנים ללא הרף את הזווית האירוע אבל לתקן את הזווית זיהוי לגבי המדגם נורמלי. הערה: שלב זה מתבצע שהמפתחות. תצורה זו בררני מרגש את SPPs נכנסות, אשר תלויים, תוך מעקב אחר הווריאציות של הפליטה מתחת הזווית שבחרת זיהוי האירוע זווית. במילים אחרות, הפליטה מגביר כאשר הזווית התקרית ממלא את שלב התואמות משוואה ב הציוד (1).<ol>
<li>מתאר להתוות ספקטרום פוטולומיניסנציה נגד גל ואת הזווית האירוע עבור המיפוי סריקה התקרית. למדוד את המיפויים עבור זיהוי שונים זוויות אבל עוצמות יחסית ניתן למצוא אותו. לכן, הסריקה התקרית רגשים השפעת SPPs נכנסות על הפליטה או פשוט של עירור שיפור, אשר מאפשר לנו למדוד את <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> , <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> .</li>
	</ol>
</li>
	<li>עבור זיהוי הסריקה, לתקן את הזווית האירוע לגבי המדגם נורמלי אבל משתנה הזווית זיהוי. הערה: שלב זה מתבצע שהמפתחות.<ol>
<li>באופן דומה, מתאר להתוות ספקטרום פוטולומיניסנציה עם תשואות זווית גל וזיהוי הזיהוי לסרוק מיפוי. כפי הפליטה SPP נובע המתלים קרינה של SPPs, הפליטה הוא בחריפות זיהוי זווית התלויים. לכן, תחת עירור קבוע, הפליטה עולה. כאשר הזווית זיהוי ממלא הציוד (1). תצורה זו רגשים של שיפור פליטה ומאפשר לנו לקבוע <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> עבור α שוניםth להזמין כל עוד יש לו תלות זווית זיהוי מוגדרים היטב.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Okamoto, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-plasmon-enhanced+light+emitters+based+on+InGaN+quantum+wells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells.</a> Nature Materials. 3 (9), 601-605 (2004).</li>
<li>Akselrod, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leveraging+Nanocavity+Harmonics+for+Control+of+Optical+Processes+in+2D+Semiconductors%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Leveraging Nanocavity Harmonics for Control of Optical Processes in 2D Semiconductors.</a> Nano Letters. 15 (5), 3578-3584 (2015).</li>
<li>Gontijo, I., et al. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.60.11564">Coupling of InGaN quantum-well photoluminescence to silver surface plasmons.</a> Physical Review B. 60 (16), 11564(1999).</li>
<li>Huang, K. C. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antenna+electrodes+for+controlling+electroluminescence%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Antenna electrodes for controlling electroluminescence.</a> Nature Communications. 3, 1005(2012).</li>
<li>Atwater, H. A., Polman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics+for+improved+photovoltaic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Plasmonics for improved photovoltaic devices.</a> Nature Materials. 9 (3), 205-213 (2010).</li>
<li>Anker, J. N., et al. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nmat2162">Biosensing with plasmonic nanosensors.</a> Nature Materials. 7 (6), 442-453 (2008).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.2956391">Excitation enhancement of CdSe quantum dots by single metal nanoparticles.</a> Applied Physics Letters. 93 (5), 053106(2008).</li>
<li>Birowosuto, M. D., Skipetrov, S. E., Vos, W. L., Mosk, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+Spatial+Fluctuations+of+the+Local+Density+of+States+in+Random+Photonic+Media%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Observation of Spatial Fluctuations of the Local Density of States in Random Photonic Media.</a> Physical Review Letters. 105 (1), 013904(2010).</li>
<li>Cao, Z. L., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4811749">Determination of coupling rate of light emitter to surface plasmon polaritons supported on nanohole array.</a> Applied Physics Letters. 102 (24), 241109(2013).</li>
<li>Lin, M., Cao, Z. L., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+excitation+rate+of+quantum+dots+mediated+by+momentum-resolved+Bloch-like+surface+plasmon+polaritons%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Determination of the excitation rate of quantum dots mediated by momentum-resolved Bloch-like surface plasmon polaritons.</a> Optics Express. 25 (6), 6029-6103 (2017).</li>
<li>Nikolaev, I. S., Lodahl, P., Driel, A. F. V., Koenderink, A. F., Vos, W. L. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.75.115302">Strongly nonexponential time-resolved fluorescence of quantum-dot ensembles in three-dimensional photonic crystals.</a> Physical Review B. 75 (11), 115302(2007).</li>
<li>Cao, Z. L., Lo, H. Y., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+absorption+and+radiative+decay+rates+of+surface+plasmon+polaritons+from+nanohole+array%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Determination of absorption and radiative decay rates of surface plasmon polaritons from nanohole array.</a> Optics Letters. 37 (24), 5166-5168 (2012).</li>
<li>Haus, H. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHaus%2C+HA+%22Waves+and+Fields+in+Optoelectronics%22">Waves and Fields in Optoelectronics</a>. , Prentice-Hall. Englewood Cliffs, N.J. (1984).</li>
</ol>

המחברים מצהירים כי יש להם אינטרסים כלכליים אין מתחרים.

פרוטוקול זה, ישנם מספר שלבים קריטיים. ראשית, מכני יציבות חיוני בהכנת הדוגמא. גל עומד שנוצרו על-ידי תוכנית ההתקנה של לויד רגיש להבדל לשלב בין שתי הקורות תאורה. לכן, כל רטט בזמן חשיפה לבזות את אחידות וחדות הקצה nanohole. מומלץ לפעול סביבה ללא רטט, למשל, טבלת אופטי עם רטט תומך בידוד. בנוסף, לייזר מתח גבוה רצוי גם כדי למזער את רטט המפחית זמן החשיפה בהתאם. שנית, חריר בשלב 1.1 להיבחר כראוי. גודל החור צריך להיות קטן מספיק כדי לבצע מצב ניקוי בצד אחד עדיין גדול מספיק כדי לשדר מתח מספיק לחשיפה בצד השני. אנו ממליצים הקדמונ...

פלזמון משטח מתווכת קרינה פלואורסצנטית (SPMF) קיבל תשומת לב רבה לאחרונה1,2,3,4,5,6. כאשר פולטי אור ממוקמים בסמיכות למערכת plasmonic, ניתן להעביר אנרגיה בין פולטי פלזמון משטח polaritons (SPPs). באופן כללי, השדות plasmonic חזק חזק יכול לשפר את עירור של פולטי2. במקביל, גדל שיעור פליטת גם בגלל גדול הצפיפות-של-המדינות שנוצרו על-ידי SPPs, מניב את אפקט ידוע פורסל3. תהליכים אלה שני עובדים יד ביד לייצר את SPMF. כפי SPMF יש גירוי יישומים רבים של מצב מוצק תאורה1,4, קצירת5וביו-זיהוי6, אנרגיה זה כעת תחת חקירה אינטנסיבית. בפרט, הידע של קצב העברה אנרגיה של SPPs את הפולטים ולהיפך, קרי, עירור של צימוד המחירים, הוא בעל חשיבות רבה. אולם, תהליכי עירור, פליטה הם בדרך כלל מסובכת יחד, מחקר על היבט זה עדיין לוקה בחסר. לדוגמה, רוב המחקרים רק לקבוע את יחס יעילות עירור, אשר פשוט משווה הפליטה עם ובלי SPPs7. המדד המדויק של הקצב עירור היא עדיין נעדרת. מצד שני, קונבנציונאלי זמן לפתור טכניקות כגון קרינה פלואורסצנטית שלמים ספקטרוסקופיה משמשים באופן שגרתי ללמוד את הדינמיקה של התהליך פליטה, אבל הם לא מסוגלים להפריד את קצב צימוד קצב הריקבון הכולל8. כאן, אנו נתאר כיצד ניתן לקבוע אותם על-ידי שילוב מודל משוואת קצב טמפורלית מצב בשילוב תורת9,10. למרבה הפלא, אנו מוצאים כי את עירור, צימוד המחירים ניתן לבטא כמויות מדידה, אליו ניתן לגשת על-ידי ביצוע פוטולומיניסנציה ספקטרוסקופיה רפלקטיביות זווית - ו קיטוב-נפתרה. אנו קודם חלוקה לרמות ניסוח, ואז לתאר את המכשור בפירוט. גישה זו היא לחלוטין תחום תדר מבוסס, הוא אינו דורש זמן לפתור אביזרים כגון לייזר אולטרה מהיר ומונים בקורלציה זמן פוטון בודד, אשר יקר וקשה לפעמים ליישם8, 11. אנו צופים טכניקה זו להיות טכנולוגיה המאפשרת לקבוע את עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור וחללים תהודה.
SPMF במערכות תקופתי הוא תדרכו כאן. עבור מערכת plasmonic תקופתי שבו בלוך כמו SPPs יכול להיווצר, מלבד עירור ישיר ופליטה, אשר מאופיינים על ידי עירור יעילות η ו Γ קצב פליטה ספונטניתr, הפולטים יכול להיות שמחים על-ידי SPPs נכנסות, ריקבון ויה SPPs יוצאות. במילים אחרות, תחת עירור תהודה, SPPs נכנסות נוצרים כדי ליצור שדות plasmonic חזקה להמריץ את הפולטים. לאחר הפולטים נרגש, יכול להעביר אנרגיה מהם SPPs יוצאות, אשר לאחר מכן radiatively להתפזר רחוק-שדה, והוליד פליטה משופרת. הם מגדירים SPMF. עבור מקרן פשוט שתי רמות, עירור מתייחס למעבר מוגבר של אלקטרונים מהיסוד לארצות הברית נרגש ואילו הפליטה מגדיר את הדעיכה של אלקטרונים בחזרה אל הקרקע מדינות, בליווי פליטת פוטון באורכי גל מוגדר על ידי הפרש האנרגיה בין המדינות נלהב לבין הקרקע. תנאי עירור, פליטה SPMF נדרשים למלא את השלב ידועים התואמות משוואה לגרות את נכנסות ויוצאות SPPs9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq1.jpg">(1)
איפה חדוה חדוהז הם הקבועים דיאלקטרי של דיאלקטרים את, המתכת θ באמצעות φ נמצאים הזוויות התקרית, azimuthal, P הוא התקופה של המערך, λ הוא אורך הגל עירור או פליטה, m ו- n הם מספרים שלמים המציין את סדר SPPs. עבור עירור, wavevector בתוך המטוס של קרן הלייזר תהיה בראג פזורות למשחק תנופה עם SPPs נכנסות, θ באמצעות של φ יחד להגדיר את תצורת התקרית שצוין עבור מרגש את SPPs כדי לשפר את הספיגה אלקטרוניים- עירור גל λלשעבר. כמו כן, עבור הפליטה, SPPs יוצאות יהיה reversely בראג מפוזרים כדי להתאים עם קו אור ולייצג הזוויות עכשיו הערוצים פליטה אפשרי-פליטה גל λem. עם זאת, הוא ציין שכאשר הפולטים יכול הזוג האנרגיה שלהם כדי וקטורי כציוד SPPs עם <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq2.jpg"> בעל גודל זהה <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq3.jpg"> , אבל בכיוונים שונים, SPPs יכול להירקב באמצעות שילוב שונים (m, n) כדי הציוד הבא רחוק-שדה (1).
באמצעות מודל משוואת קצב וטמפורלית מצב בשילוב תורת (CMT), נוכל למצוא זה את עירור קצב Γלשעבר, קרי, קצב ההעברה של אנרגיה מ SPPs כדי פולטי, ניתן לבטא9,12,13
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq4.jpg">(2)
איפה η הקצב עירור ישירה הנ ל, בהעדר SPPs נכנסות, Γtot הוא קצב הדעיכה סך של SPPs נכנסות <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq5.jpg"> Γabs , Γראד הם Ohmic הקליטה ואת הניוון קרינה של SPPs, ו <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq6.jpg"> הוא היחס כוח פוטולומיניסנציה עם ובלי את SPPs נכנסות. מצד שני, צימוד קצב Γc, קרי, קצב ההעברה של האנרגיה של קרינת כדי SPPs, יכולה להיכתב כמו:
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq7.jpg">(3)
איפה Γr הוא קצב פליטה ישירה, <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq8.jpg"> הוא היחס כוח פוטולומיניסנציה בין αתאנון SPP מתווכת דעיכה ויציאות ישירה, Γראדα וγtot נמצאות הניוון קרינה עבור יציאתה α הניוון הכולל. נראה כי בעוד כל SPP הניוון נמדד על ידי השתקפות ספקטרוסקופיה, היחס כוח פליטה יכול להיקבע על ידי ספקטרוסקופיה פוטולומיניסנציה. ניתן למצוא פרטים על ניסוחים הפניה9,10.

<table><tbody><tr><td>SU-8</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2000.5</td><td></td></tr><tr><td>תמיסת הידבקות</td><td>MicroChem</td><td>Omnicoat</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 מדלל יותר (גמא-בוטירולקטון)</td> <td>MicroChem</td><td>SU-8 2000 מדלל</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 מפתח</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 מפתח</td><td></td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Chemat Technology</td><td>KW-4A</td><td></td></tr><tr><td>לייזר HeCd</td><td>KIMMON KOHA CO., LTd</td><td>IK3552R-G</td><td></td></tr><tr><td>תריס</td><td>Thorlabs</td><td>SH05</td><td></td></tr><tr><td>מטרה להכנת מדגם</td><td>ניופורט</td><td>U-13X</td><td></td></tr><tr><td>חור</td><td>סיכה ניופורט</td><td>PNH-50</td><td></td></tr><tr><td>איריס</td><td>ניופורט</td><td>M-DI47.50</td><td></td></tr><tr><td>פריזמה</td><td>Thorlabs</td><td>PS611</td><td></td></tr><tr><td>שלב סיבוב להכנת מדגם</td><td>ניופורט</td><td>481-A</td><td></td></tr><tr><td>מערכת תצהיר</td><td>תוצרת בית סיבוב תוצרת בית</td><td></td><td></td></tr><tr><td>שלב 1</td><td>ניופורט</td><td>URM80ACC</td><td></td></tr><tr><td>סיבוב שלב 2</td><td>ניופורט</td><td>RV120PP</td><td></td></tr><tr><td>סיבוב שלב 3</td><td>ניופורט</td><td>SR50PP</td><td></td></tr><tr><td>זרוע זיהוי</td> מנורת קוורץ <td>תוצרת בית</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>ניופורט</td><td>66884</td><td></td></tr><tr><td>חבילת סיבים</td><td>ניופורט</td><td>77578</td><td></td></tr><tr><td>מטרה למדידה</td><td>ניופורט</td><td>M-5X & M-60X</td><td></td></tr><tr><td>מקטב & מנתח</td><td>Thorlabs</td><td>GT15</td><td></td></tr><tr><td>Multimode סיבים</td><td>Thorlabs</td><td>ספקטרומטר BFL105LS02</td><td></td></tr><tr><td></td><td>ניופורט</td><td>MS260i</td><td></td></tr><tr><td>CCD</td><td>Andor</td><td>DV420-OE</td><td></td></tr><tr><td>514nm ארגון יון</td><td>לייזר ספקטרה-פיזיקה</td><td>177-G01</td><td></td></tr><tr><td>633nm HeNe לייזר</td><td>ניופורט</td><td>R-32413</td><td></td></tr><tr><td>CdSeTe נקודה קוונטית</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>q21061mp</td><td></td></tr><tr><td>פולימר אלכוהול פוליוויניל (PVA)</td><td>SIGMA-ALDRICH</td><td>תוכנית בקרת 363073</td><td></td></tr><tr><td></td><td>מכשירים לאומיים</td><td>LabVIEW</td><td></td></tr></tbody></table>

הנחישות של עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח polaritons

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

פיתחנו שיטה ייחודית למדוד את עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח polaritons (SPPs) הנובעים מערכים תקופתיים מתכתי מבלי לערב טכניקות זמן לפתור. לנו יש שניסח את המחירים על ידי כמויות זה נמדד על ידי מדידות אופטי פשוטה. ומכשור מבוסס על זווית, קיטוב-לפתור רפלקטיביות ספקטרוסקופיה פוטולומיניסנציה יתואר בהרחבה כאן. הגישה שלנו היא מסקרנת בשל פשטותו, אשר דורש אופטיקה שגרתית מספר שלבים מכני, ולכן הוא סביר מאוד לרוב מעבדות מחקר.

דוגמה של מערך תקופתיים Au ניתנת לעיתים את שיבוץ של 4a איור8. תמונת תצוגה SEM המטוס מראה המדגם היא מערך חור עגול 2D סריג מרובע עם תקופה של 510 ננומטר, עומק החור של 280 ננומטר, קוטר החור של 140 ננומטר. המיפוי השתקפות מקוטב-p שצולמו לאורך כיוון Γ-X מוצג באיור 4a. קו מפריד הוא מחושב על ידי השלב התואמות משוואה הציוד (1) המציין (m =-1, n = 0) SPPs מתרגשים.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-page...

פרוטוקול זה מתאר את אינסטרומנטציה עבור קביעת את עירור ו צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח דמוי בלוך polaritons הנובעים מערכים תקופתיים.

הנחישות של עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בשיפור הקרינה, כגון פלואורסצנטיות בתיווך פלזמון פני השטח. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא בכך שהיא מבדילה את תהליכי העירור והדעיכה של פלואורסצנציה בתיווך פלזמון על פני השטח לחלוטין בתחום התדרים. הכן מצע למערך התקופתי.לניסוי זה, השתמש בחתיכת זכוכית של סנטימטר מרובע אחד. נקו אותו באמבטיות אולטרסאונד של מתנול ואצטון למשך 10 דקות כל אחת. בסיום, הניחו אותו על פלטה של 200 מעלות צלזיוס למשך שעה.לשלבי ציפוי הספין, יש לדלל את הפוטו-רזיסט המקורי עם מדלל יותר, ולהכין תמיסת הדבקה. העבירו את מצע הזכוכית לציפוי מסתובב, והוציאו עליו שלוש עד חמש טיפות של תמיסת הדבקה. סובב את המצע ב-600 סל"ד למשך 10 שניות, ולאחר מכן 3, 600 סל"ד למשך דקה אחת.לאחר מכן, הניחו חמש עד שבע טיפות של פוטו-רזיסט מדולל על המצע. סובב את המצע ב-600 סל"ד למשך 10 שניות, ולאחר מכן 3, 600 סל"ד למשך דקה אחת. בסיום, העבר את הדגימה המצופה ספין לפלטה של 65 מעלות צלזיוס, והשאיר אותה שם למשך דקה אחת.לאחר מכן, העבירו את הדגימה לפלטה חמה של 95 מעלות צלזיוס, והשאירו אותה למשך דקה נוספת. מהפלטה החמה, קח את הדגימה להרכבה על אינטרפרומטר של לויד. להתקנה יש פריזמה למחזיק מדגם, עם מראה בניצב אליו.השתמש בטיפה של שמן תואם מקדם שבירה על הדגימה כדי לחבר אותה לפריזמה. מקם את הדגימה קרוב ככל האפשר למראה. חשוף את המדגם בכיוון ראשוני זה.לאחר מכן, כדי ליצור סריג מרובע דו מימדי, סובב את הדגימה 90 מעלות על הפריזמה. השתמש באותו זמן חשיפה לחשיפה שנייה. החזר את הדגימה לפלטה של 65 מעלות צלזיוס למשך שתי דקות.לאחר מכן, הניחו אותו על משטח החימום של 95 מעלות צלזיוס למשך שתי דקות. לאחר מכן, טבלו את המדגם במפתח למשך שתי דקות בתסיסה מתמשכת. אחזר את הדגימה וטבל אותה באלכוהול איזופרופיל למשך דקה אחת, כדי לשטוף שאריות.עבוד עם מערכת תצהיר מקרטעת RF כדי לשים סרט זהב של 100 ננומטר על הדגימה. לאחר שהדגימה מוכנה, קח אותה ותכשיר צבע סטיריל 8 לציפוי ספין. הוצא 0.2 מיליליטר, או שלוש עד חמש טיפות, מהתמיסה על הדגימה.ציפוי סובב זה כדי לייצר עובי של כ-80 ננומטר. למדידות הרפלקטיביות, השתמש בגוניומטר. מערכת זו משתמשת באור לבן בפס רחב ממנורת קוורץ.צרור סיבים רב-מצבי מעביר את האור לעדשות אובייקטיביות פנים אל פנים לצורך קולימציה. מקטב ותריס הם הבאים בדרך. האור מאיר דגימה על שלב מדגם עם שלושה שלבי סיבוב עצמאיים.מנתח זיהוי נמצא לאחר שלב הדגימה. סיב רב-מצבי נוסף אוסף את ההשתקפות הספקולרית מהדגימה, כדי להעביר אותה לספקטרומטר ולמצלמת CCD. לאחר יישור וכיול ההגדרה, הגדר מערכת אוטומטית לאיסוף נתונים.השתמש באוטומציה כדי לעבור דרך זוויות תקרית שונות ולאסוף את ספקטרום ההשתקפות. עבור מדידות אלה, גודל הצעד של זווית האירוע הוא 0.5 מעלות. רזולוציית אורך הגל היא 0.66 ננומטר.כדי למדוד את הרפלקטיביות האורתוגונלית, שנה את ההגדרה. הגדר את מקטב האירוע ל-45 מעלות ביחס למישור האירוע. הגדר את המנתח למינוס 45 מעלות ביחס למישור האירוע.המשך במדידה אוטומטית נוספת. מדידות פוטו-לומינסנציה דורשות שינוי נוסף בהגדרה. החלף את מקור האור בפס רחב בלייזר ניאון הליום 633 ננומטר.הנח מסנן קו לייזר לפני המקטב. כמו כן, הניחו צלחת חצי גל אחרי התריס. השלם את ההגדרה על ידי החלפת מסנן חריץ למנתח לפני הספקטרומטר.בצע סריקות אירועים אוטומטיות על ידי קיבוע זווית הזיהוי, ושינוי זווית האירוע ביחס לנורמלי המדגם. הפולריטון של פלזמון פני השטח תלויים בזווית האירוע, והם נרגשים באופן סלקטיבי. לאחר מכן, בצע סריקות זיהוי על ידי קיבוע זווית האירוע ביחס לנורמלי הדגימה, ושינוי זווית הזיהוי.זהו מיפוי ההשתקפות המקוטב P שצולם לאורך כיוון הגמא X של מערך הזהב בשיבוץ. הקו המקווקו מחושב באמצעות משוואת התאמת הפאזה, ומרמז על כך ש-M שווה ל-1 שלילי ו-N שווה לאפס פולריטון פלזמה על פני השטח מתרגשים. מפת רפלקטיביות זו היא כאשר המקטב והמנתח נמצאים במיקומים אורתוגונליים.הרקע כעת אפס, כפי שמצוין על ידי הכחול של מפת הצבעים. לפרופילי הרפלקטיביות יש פסגות בירוק, במקום מטבלים, מכיוון שרק פולריטון הפלזמה על פני השטח נשארים לאחר הסרת הרקע. זהו מיפוי הרפלקטיביות המקוטב P ומיפוי ההשתקפות האורתוגונלית לאורך גמא X עבור קדמיום, סלניום, טלוריד, פולימר PVA מסומם בנקודה קוונטית, ספין מצופה על המערך.בנוסף, להלן נתונים עבור מדידות הפוטו-לומינסנציה של זווית האירוע והזיהוי. ניתן להשתמש בנתונים כדי לקבוע את שיעורי העירור והצימוד בין פולטי אור לחללים תושבים. למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי שיפור הקרינה ממערכים תקופתיים, ניתן ליישם אותה גם על מערכות אחרות, כגון מטא-חומרים וגבישים פוטוניים.לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך שלוש שעות, אם היא מבוצעת כראוי. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לבדוק את היישור של מערך המערך, ואת הקיטוב והזוויות של ספקטרוגרפיית הרפלקטיביות. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום הפוטו-לומינסנציה לחקור פלואורסצנטיות משופרת על פני השטח בתחום שיפור השרפים.לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לקבוע את העירור ואת קצב הצימוד בין פולטי האור לבין פולריטון הפלזמה על פני השטח הנובעים ממערכים תקופתיים.

determination-excitation-coupling-rates-between-light-emitters

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

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

סרטון זה מדגים הדמיית תהודה פלסמונית מקומית על פני השטח כדי לזהות הפרשות חלבונים מתא יחיד. באמצעות מערך מיקרופלואידי ושבב ננו-מבנה פלסמוני הקשור לפפטידים, שינויים בעוצמת האור המוחזר בזווית התהודה חושפים אינטראקציות עם חלבונים המופרשים מתא יחיד.

הדמיית תהודה פלסמונית מקומית על פני השטח לאיתור הפרשות חלבונים מתא בודד

אנו מתארים שיטות לעיצוב, הייצור, והאפיון ניסיוני של פולטי photoconductive plasmonic, אשר מציעים שני סדרי גודל רמות העצמה גבוהות יותר בהשוואה לterahertz emitters photoconductive קונבנציונלי.

עיצוב, ייצור, וניסויית אפיון של פולטי Terahertz פוטו Plasmonic

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.

הערכת הובלה פלזמונית בננו-חוטי כסף נושאי זרם

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

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

מבנה הלהקה של פוטטון מאפשר להבין כיצד מופצים מצבים אלקטרומגנטיים מוגבלים בתוך גביש פוטוני. בקריסטלים פוטוני המשלבים אלמנטים מגנטיים, מצבים אופטיים כאלה ומוגנטים, מלווים בפעילות מגנטית-אופטית משופרת ושונתה. אנו מתארים הליך מדידה כדי לחלץ את המבנה להקה אופטית מגנטו על ידי מיקרוסקופ חלל פורייה.

מגנטו-אופטיים ומשולשים-אפיון של מבנים ננוטוני

הפרוטוקול הנוכחי מתאר גישה נוחה לשילוב לכידה אופטית וספקטרוסקופיית רמאן משופרת על פני השטח (SERS) כדי לתפעל ננו-חלקיקים פלסמוניים לזיהוי מולקולרי רגיש. ללא חומרים צוברים, לייזר הלכידה מרכיב ננו-חלקיקים פלסמוניים כדי לשפר את אותות ה-SERS של אנליזות מטרה עבור מדידות ספקטרוסקופיות באתרן .

השמנה אופטית של ננו-חלקיקים פלסמוניים עבור אפיונים של ספקטרוסקופיית ראמאן משופרת בפני השטח באתרו

מאמר זה מתאר כיצד ניתן ליישם מיקרוסקופ דו-פוטוני רגיש לקיטוב כדי לאפיין את הארגון המקומי בתוך מבני-על-עמילואיד-ספרוליטים נטולי תוויות. הוא גם מתאר כיצד להכין ולמדוד את הדגימה, להרכיב את ההתקנה הנדרשת, ולנתח את הנתונים כדי לקבל מידע על הארגון המקומי של סיבי עמילואיד.

מיקרוסקופ שני פוטונים רגיש לקיטוב לאפיון מבני עמילואיד ללא תוויות

חקור שיטה פשוטה למדידת שיעורי עירור וצימוד בין פולטי אור לפולריטוני פלזמון משטח במערכים מחזוריים מתכתיים. השיטה משתמשת בספקטרוסקופיית רפלקטיביות ופליטת אור מזווית וקיטוב, ללא צורך במדידות מבוססות זמן.

הנחישות של עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח Polaritons

גלה סרטונים נוספים