Name: Determinazione di eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e polaritoni plasmonica di superficie di accoppiamento (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-21T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 39 s
Description: Scopri un metodo semplice per misurare eccitazione e accoppiamento tra emettitori di luce e polaritoni plasmonica di superficie in array metallici periodici. Questa tecnica accessibile utilizza spettroscopia di riflettività e fotoluminescenza risolta in angolo e polarizzazione.

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Questa ricerca è stata sostenuta dall'Università cinese di Hong Kong attraverso il 4053077 di sovvenzioni dirette e 4441179, RGC stanziati ricerca finanziamenti competitivi, 402812 e 14304314 e Area di eccellenza AoE/P-02/12.

1. installazione della litografia di interferenza
Nota: Litografia di interferenza viene utilizzato per fabbricare le matrici periodiche12. La configurazione schematica, come è illustrato nella Figura 1, è costruita come segue:
<ol><li>Concentrare il 325 nm laser da un laser multimodo HeCd per un 13 X UV lente dell'obiettivo e passare attraverso un foro stenopeico 50 μm basato filtro spaziale per la modalità di pulizia.</li>
	<li>Posizionare due iridi di diametro 2,5 cm 30 cm separatamente per filtrare ulteriormente la regione centrale della luce divergente. Dopo il secondo iris, il diametro del fascio è uguale a 2,5 cm e aumenta molto lentamente con la distanza, che è &lt; 3 cm a 1 m di distanza dal secondo iride. La luce è presupposto per essere quasi collimato. Nota: L'uscita dal secondo iride dovrebbe essere uniforme quando controllato dagli occhi nudi.</li>
	<li>Dirigere il fascio collimato a interferometro specchio di un Lloyd. Installazione di Lloyd contiene un titolare di esempio basato su Prisma e una perpendicolare di 5,04 cm specchio posizionato ad esso. L'illuminazione diretta e riflessa insieme creano un'onda stazionaria stabile lungo la superficie del campione per la modellatura. Il prisma agisce come un dispositivo antiriflesso. Nota: Il periodo P dell'onda in piedi può essere scritta come: <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq9.jpg"> , dove λ = 325 nm e α è l'angolo di incidenza rispetto al campione normale, come è mostrato nella Figura 1. L'angolo di incidenza può essere regolata ruotando l'installazione di Lloyd.</li>
</ol>2. periodici matrice preparazione
Nota: Il campione è preparato sotto la procedura standard consigliata dal costruttore. Tutte le procedure sono effettuate a temperatura ambiente.
<ol><li>Utilizzare un substrato di vetro di 1 cm2 . Pulire il vetro con metanolo e acetone per 10 minuti ciascuno, in un bagno ad ultrasuoni e poi pre-cuocere su un piatto caldo a 200 ° C per 1 h rimuovere lo sporco.</li>
	<li>Spin-cappotto il substrato di vetro con uno strato di adesione spessa 5 nm e un photoresist SU-8 negativo spessa a nm 100 con un velo di spin due velocità.<ol>
<li>Diluire il photoresist SU-8 con Gamma-butirrolattone in un rapporto di 1:5 (v/v) in modo che lo spessore può essere controllato vicino al 100 nm dopo rivestimento per rotazione.</li>
		<li>Erogare 3-5 gocce (0,2 mL) di soluzione di adesione sul substrato di vetro e rotazione a 600 rpm per 10 s e 3600 giri/min per 1 min, consecutivamente.</li>
		<li>Ripetere il passaggio 2.2.2 con 5-7 (0,3 mL) gocce di diluito SU-8 dal punto 2.2.1 alla stessa velocità. Nota: Il livello di adesione migliora l'aderenza tra il substrato di vetro e il photoresist affinché il photoresist non sarebbe staccare durante lo sviluppo. Lo spessore dello strato SU-8 è controllato dalla concentrazione e la velocità di spin coater.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Prebake il campione su fornelli di 65 ° C e 95 ° C per 1 min ciascuna. Forni non sono consigliati qui.</li>
	<li>Trasferire il campione per il prisma nell'interferometro. Aggiungere una goccia di olio di corrispondenza di indice di rifrazione (n = 1.45) per fissare il campione sul prisma. Posto più vicino allo specchio come possibile. Nota: Il campione viene attaccato sulla superficie del prisma a causa della tensione superficiale dell'olio. L'indice di rifrazione dell'olio viene scelto per essere lo stesso substrato prisma e vetro per eliminare la riflessione posteriore dall'interferenza.</li>
	<li>Per un reticolo quadrato bidimensionale, esporre il campione due volte con lo stesso tempo di esposizione ma con direzioni ortogonali; cioè, esporre il campione e quindi ruotarla di 90° per la seconda esposizione. Quando il photoresist è esposto ad una luce di 325 nm, e legami incrociati e non può essere sciolto da sviluppatore SU-8. Nota: Il diametro D della matrice può essere controllato regolando il tempo di esposizione.</li>
	<li>Duro cuocere il campione a 65 ° C e 95 ° C per 2 min evitare che la pellicola di cracking.</li>
	<li>Immergere l'intero campione in developer per 2 min con agitazione continua per sciogliere l'area non esposta.</li>
	<li>Immergere il campione in alcool isopropilico per 1 min sciacquare i residui e poi asciugare con aria compressa. Una matrice ordinata allora è prodotto.</li>
</ol>3. deposizione di Film oro e rivestimento di emettitore di luce
<ol><li>Fissare il campione al titolare campione del sistema di deposizione con nastro biadesivo per deposizione di film Au di polverizzazione del magnetron di radio-frequenza.</li>
	<li>Pompa giù la camera ad una pressione 2 x 10-6 Torr base utilizzando una pompa turbomolecolare e poi riempirla nuovamente con 6 x 10-3 Torr ultra ad alta purezza gas Ar.</li>
	<li>Utilizzare un obiettivo di Au di 5cm diametro 99,9% e posizionare un otturatore tra il campione e la destinazione. Consumano poca energia (50 W) per ridurre il tasso di deposizione e la rugosità superficiale. Con l'otturatore chiuso, pre-polverizza il bersaglio per 10 min rimuovere lo sporco.</li>
	<li>Aprire l'otturatore per elaborare la deposizione a temperatura ambiente per 20 min. Uno spessore di 100 nm è regolarmente depositato per garantire che il sistema plasmonico è otticamente spesso con nessuna trasmissione.</li>
	<li>Una volta che il campione è pronto, spin-cappotto la luce che emettono materiali come coloranti organici o quantum dots sulla superficie di metallo per formare un sottile strato di dielettrici.<ol>
<li>Per la tintura di styryl 8 usata nel riferimento9, sciogliere 20 µ g di styryl 8 e 500 µ g di polimero di alcool polivinilico (PVA) in 5 mL di metanolo.</li>
		<li>Dispensare 3-5 gocce (0,2 mL) di soluzione colorante sul campione e spin consecutivamente a 600 rpm per 10 s e 3600 giri/min per 1 min. Lo spessore è stimato a 80 nm. Nota: Polimero solubile o insolubile acqua può essere utilizzato come materiale di fissaggio a seconda del tipo di materiale che emettono. Tuttavia, il polimero dovrebbe essere non-emissiva affinché non interferirebbe con le misure di fotoluminescenza. Polimero dell'alcool polivinilico (PVA) è consigliato per sciogliere i coloranti solubili in acqua come Rodammina 6G e styryl 8.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. riflettività misure per determinare il tasso di decadimento SPP
Nota: L'installazione di spettroscopia di riflettività risolta di polarizzazione e angolo è illustrato nella Figura 2. Si compone di un goniometro con tre fasi di rotazione per cambiare in modo indipendente l'orientamento del campione (fase 1) e angolo di rilevazione (fase 2), nonché l'angolo azimutale di campione (fase 3).
<ol><li>Utilizzare una luce bianca a banda larga da una lampada al quarzo come la sorgente luminosa. Innanzitutto abbinarlo a un fascio di fibre ottiche multimodali e poi collimare e da una coppia di collineari faccia a faccia lenti dell'obiettivo (5x e 60 X). Illuminare il fascio di luce sul campione a diverse angolazioni incidente modificando l'orientamento del campione. Posto un paio di incidente polarizzatore e analizzatore di rilevazione prima e dopo il campione per misure di polarizzazione-dipendente. Nota: Gli obiettivi di faccia a faccia agiscono come un sistema di lenti che collimates e si espande la sorgente di luce bianca dalla fibra multimoda.</li>
	<li>Utilizzare una fibra multimodale per raccogliere la riflessione speculare del campione, che è collegato a uno spettrometro e un rivelatore CCD per la spettroscopia.</li>
	<li>Allineare l'installazione attentamente per garantire sia la fase di orientamento del campione e fasi di rotazione di rilevamento sono concentrici, cioè., loro assi di rotazione sono collineari.</li>
	<li>Calibrare l'installazione con una pellicola piana di Au. Misurare lo spettro di riflessione alle diverse angolazioni incidente e confrontarli con gli spettri di riflessione teorica calcolati dalle equazioni di Fresnel utilizzando una funzione dielettrica Au conosciuta. I due insiemi di dati devono essere coerenti con meno di 5% di errore.</li>
	<li>Una volta che l'installazione è pronto, misurare la polarizzazione lineare, p o s, spettri di riflessione del campione a diverse angolazioni incidente. La dimensione di incremento dell'angolo incidente è di 0.5° e la risoluzione di lunghezza d'onda è 0,66 nm. Per raccogliere gli spettri sotto diverse angolazioni di incidente, è scritto un programma di controllo per l'automazione, compreso il movimento meccanico, controllo dell'otturatore, acquisizione dati, sottrazione di sfondo, ecc. Nota: Questo passaggio avviene informaticamente. Il programma è disponibile su richiesta. Si prega di inviare una email all'autore corrispondente per il codice sorgente, se necessario.</li>
	<li>La riflettività vs angolo di lunghezza d'onda e incidente per ottenere la relazione di dispersione del sistema plasmonica per la determinazione di tasso di identificazione e decadimento modalità plot Contour. Nota: L'angolo azimutale di esempio è quello di individuare la posizione nella zona di Brillouin. Ad esempio, per esempio di reticolo quadrato, ruotare il campione azimutalmente modo che uno dei suoi periodi è parallelo con l'incidente aereo e questo definisce la direzione di Γ-X. Ruotare il campione di 45° per definire la direzione di Γ-M.</li>
	<li>Se l'incidente polarizzato è impostata a 45° rispetto al piano di incidente e l'analizzatore è a-45 °, misurare il mapping ortogonale o traversa-polarizzata, riflettività.</li>
	<li>Estrarre lo spettro di riflessione polarizzata p e ortogonale e inserirle utilizzando CMT9,12,13, come descritto nella discussione per determinare i tassi di decadimento di SPPs.</li>
</ol>5. fotoluminescenza misure per determinare il rapporto di potenza di emissione
Nota: L'installazione di fotoluminescenza risolta di angolo e di polarizzazione è illustrato nella Figura 3.
<ol><li>Sostituire la sorgente di luce a banda larga con 514 nm a ioni di argon o 633 nm del laser HeNe. Utilizzare un filtro di linea laser con un completo larghezza mezza massimo (FWHM) inferiore a 5 nm per pulire il laser spettralmente e posizionare un piatto di mezza onda per controllare lo stato di polarizzazione del fascio laser. Il goniometro e l'unità di rilevamento rimangono invariati. Posto un filtro notch prima dell'unità di rilevamento per rimuovere la linea di laser, che seppellisce la luminescenza. Nota: La lunghezza d'onda del laser dipende dal tipo di materiali che emettono. Per eccitare il materiale con lunghezza d'onda di emissione è necessaria maggiore energia del fotone.</li>
	<li>Per misurare il rapporto di potenza di emissione per EQ (2) &amp; (3), effettuare due tipi di misurazioni: le scansioni di rilevamento e incidente. L'interazione tra le scansioni di incidente e rilevamento aiutare nella determinazione <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"> , e <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq13.jpg"> .</li>
	<li>Per l'analisi degli incidenti, variare l'angolo incidente continuamente ma fissare l'angolo di rilevamento rispetto al campione normale. Nota: Questo passaggio avviene informaticamente. Questa configurazione eccita selettivamente il SPPs in entrata, che sono dipendente, mentre si controlla la variazione dell'emissione sotto l'angolo di rilevazione selezionate angolo incidente. In altre parole, l'emissione aumenta quando l'angolo incidente compie la fase corrispondente equazione in EQ. (1).<ol>
<li>Gli spettri di fotoluminescenza contro la lunghezza d'onda e l'angolo di incidenza per il mapping di scansione incidente plot Contour. Misurare i mapping per gli angoli di rilevamento differenti ma le intensità relative si trovano lo stesso. Di conseguenza, l'analisi degli incidenti sonde l'effetto del SPPs in arrivo sull'emissione o semplicemente l'aumento di eccitazione, che permette di misurare <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> e <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> .</li>
	</ol>
</li>
	<li>Per la scansione di rilevamento, correggere l'angolo di incidenza rispetto al campione normale ma variare l'angolo di rilevazione. Nota: Questo passaggio avviene informaticamente.<ol>
<li>Allo stesso modo, gli spettri di fotoluminescenza con lunghezza d'onda e rilevazione rese angolo il rilevamento scansione mappatura plot contour. Come l'emissione di SPP deriva dallo smorzamento di radiazione di SPPs, l'emissione è fortemente dipendente di angolo di rilevazione. Di conseguenza, sotto eccitazione costante, l'emissione aumenta quando l'angolo di rilevazione compie EQ. (1). Questa configurazione sonde la valorizzazione di emissione e ci permette di determinare <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> per diverse αth ordine finché ha dipendenza di angolo di rilevamento ben definita.</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>

Gli autori dichiarano di non avere nessun concorrenti interessi finanziari.

In questo protocollo, ci sono diversi passaggi critici. Stabilità meccanica, prima è cruciale nella preparazione del campione. Le onde stazionarie generate dal programma di installazione di Lloyd è sensibile alla differenza di fase tra due travi di illuminazione. Pertanto, qualsiasi vibrazione durante il tempo di esposizione si degrada l'uniformità e la nitidezza dei bordi dell'ordinata. Si consiglia vivamente di operare in un ambiente privo di vibrazioni, ad esempio, una tabella ottica con supporti di isolament...

Plasmonica di superficie mediata fluorescenza (SPMF) ha ricevuto un'attenzione considerevole recentemente1,2,3,4,5,6. Quando emettitori di luce sono collocati in prossimità di un sistema plasmonico, energia possa essere trasferito tra gli emettitori e plasmonica di superficie polaritoni (SPPs). In generale, i forti campi plasmonici fortemente possono migliorare l'eccitazione di emettitori2. Allo stesso tempo, il tasso di emissione è aumentato anche a causa del grandi densità degli stati creati da SPPs, producendo il ben noto effetto di Purcell3. Questi due processi lavorano mano nella mano nella produzione del SPMF. Come SPMF ha stimolato numerose applicazioni di illuminazione a stato solido,1,4,5e bio-rilevamento6, l'accumulo di energia è attualmente sotto indagine intensiva. In particolare, la conoscenza della velocità di trasferimento di energia da SPPs gli emettitori e viceversa, cioè, l'eccitazione e accoppiamento tariffe, è di grande importanza. Tuttavia, i processi di eccitazione e di emissione sono solitamente impigliati insieme, studio su questo aspetto è ancora carente. Ad esempio, la maggior parte degli studi solo determinare il rapporto di efficienza di eccitazione, che confronta semplicemente l'emissione con e senza SPPs7. L'esatta misurazione del tasso di eccitazione è ancora manca. D'altra parte, convenzionale risolta nel tempo tecniche quali la spettroscopia di fluorescenza durata sono abitualmente utilizzati per studiare la dinamica del processo di emissione, ma non sono in grado di separare il tasso di accoppiamento dal tasso di decadimento totale8. Qui, descriviamo come uno può determinare loro combinando il modello di equazione di tasso e la modalità di accoppiamento temporale teoria9,10. Notevolmente, troviamo che l'eccitazione e tariffe di accoppiamento può essere espresso in termini di quantità misurabili, che sono accessibili mediante l'esecuzione di riflettività risolta di angolo e di polarizzazione e spettroscopia di fotoluminescenza. Noi innanzitutto delineare la formulazione e quindi descrivere la strumentazione in dettaglio. Questo approccio è interamente basato su dominio di frequenza e non richiede alcuna accessori risolta nel tempo come laser ultra-veloce e correlati nel tempo del singolo-fotone contatori, che sono costosi e talvolta difficili da implementare8, 11. possiamo anticipare questa tecnica per essere una tecnologia abilitante per determinare l'eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e cavità risonanti di accoppiamento.
Il SPMF in sistemi periodici è informato qui. Per un sistema periodico plasmonico dove SPPs Bloch-come può essere generato, diverso da quello diretto eccitazione e di emissione, che sono caratterizzate dall'eccitazione efficienza η ed emissione spontanea tasso Γr, gli emettitori possono essere eccitati SPPs in ingresso e decadimento via SPPs in uscita. In altre parole, sotto eccitazione di risonanza, in arrivo SPPs vengono generati per creare forti campi plasmonici che eccitano gli emettitori. Una volta che gli emettitori sono eccitati, energia da loro possa essere trasferita in uscita SPPs, che successivamente viene dissipa per campo lontano, dando luogo a una maggiore emissione. Essi definiscono SPMF. Per emettitori semplici a due livelli, l'eccitazione si riferisce alla transizione aumentata degli elettroni dal suolo per stati eccitati mentre l'emissione definisce il decadimento degli elettroni negli Stati Uniti di terra, accompagnati da emissione di fotoni a lunghezze d'onda definite tramite la differenza di energia tra gli stati eccitati e di terra. Le condizioni di eccitazione e di emissione per il SPMF sono tenute a compiere la fase ben nota corrispondente equazione per eccitare l'incoming e outgoing SPPs9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq1.jpg">(1)
dove εun e εm sono le costanti dielettriche dei dielettrici e il metallo, θ e φ sono gli angoli azimutali e incidenti, P è il periodo della matrice, λ è la lunghezza d'onda di eccitazione o emissione e m e n sono valori integer che specifica l'ordine di SFF. Per l'eccitazione, il wavevector nel piano del raggio laser sarà Bragg sparsi per partita di slancio con la SPPs in ingresso e il θ e φ insieme definire la configurazione specificata incidente per emozionanti SPPs per aumentare l'assorbimento elettronico presso la eccitazione lunghezza d'onda λex. Allo stesso modo, per l'emissione, il SPPs in uscita sarà inverso Bragg sparsi per abbinare la linea di luce e gli angoli rappresentano ora i canali di emissione possibile presso il λ lunghezza d'onda di emissioneem. Tuttavia, è notato che come gli emettitori possono accoppiarsi loro energia per SPPs moltiplicazione vettoriale con <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq2.jpg"> che ha la stessa grandezza <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq3.jpg"> ma direzioni diverse, il SPPs può decadere tramite varie combinazione di (m, n) di campo lontano seguenti EQ. (1).
Utilizzando il modello di equazione di tasso e la teoria dei modi accoppiati temporale (CMT), troviamo che l'eccitazione tasso Γex, cioè, la velocità di trasferimento di energia dalla SPPs ad emettitori, può essere espresso come9,12,13
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq4.jpg">(2)
dove η è il tasso di eccitazione diretta sopraccennato in assenza del SPPs in arrivo, Γtot è il tasso di decadimento totale del SPPs in arrivo <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq5.jpg"> in cui Γabs e Γrad sono l'assorbimento ohmico e tassi di decadimento radiativo di SPPs, e <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq6.jpg"> è il rapporto di potenza di fotoluminescenza con e senza il SPPs in arrivo. D'altra parte, l'accoppiamento tasso Γc, vale a dire, la velocità di trasferimento di energia da emettitori di SPPs, può essere scritta come:
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq7.jpg">(3)
dove Γr è il tasso di emissione diretta, <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq8.jpg"> è il rapporto di potenza di fotoluminescenza tra il αth SPP mediato decadimento e porte diretto e Γradα e Γtot sono i tassi di decadimento radiativo per la porta dith α e i tassi di decadimento totale. Vedremo che, mentre tutti i tassi di decadimento SPP possono essere misurati dalla spettroscopia di riflettanza, il rapporto di potenza di emissione può essere determinato dalla spettroscopia di fotoluminescenza. Dettagli delle formulazioni possono essere trovati in riferimento9,10.

<table><tbody><tr><td>SU-8</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2000.5</td><td></td></tr><tr><td>Soluzione di adesione</td><td>MicroChem</td><td>Omnicoat</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Diluente (gamma-butirrolattone)</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2000 Diluente</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Sviluppatore</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 Sviluppatore</td><td></td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Tecnologia Chemat</td><td>KW-4A</td><td></td></tr><tr><td>Laser HeCd</td><td>KIMMON KOHA CO., LTd</td><td>IK3552R-G</td><td></td></tr><tr><td>Otturatore</td><td>Thorlabs</td><td>SH05</td><td></td></tr><tr><td>Obiettivo per la preparazione del campione</td><td>Newport</td><td>U-13X</td><td></td></tr><tr><td>Pinhole</td><td>Newport</td><td>PNH-50</td><td></td></tr><tr><td>Iris</td><td>Newport</td><td>M-DI47.50</td><td></td></tr><tr><td>Prisma</td><td>Thorlabs</td><td>PS611</td><td></td></tr><tr><td>Stadio di rotazione per la preparazione del campione</td><td>Newport</td><td>481-A</td><td></td></tr><tr><td>Sistema di deposizione supttering</td> Fase di rotazione <td>fatta in casa</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1</td><td>Newport</td><td>URM80ACC</td><td></td></tr><tr><td>Fase di rotazione 2</td><td>Newport</td><td>RV120PP</td><td></td></tr><tr><td>Fase di rotazione 3</td><td>Newport</td><td>SR50PP</td><td></td></tr><tr><td>Braccio di rilevamento</td><td>Lampada al quarzo fatta in casa</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Newport</td><td>66884</td><td></td></tr><tr><td>Bundle in fibra</td><td>Newport</td><td>77578</td><td></td></tr><tr><td>Obiettivo per la misurazione</td><td>Newport</td><td>M-5X & Polarizzatore M-60X</td><td></td></tr><tr><td>e Analizzatore</td><td>Thorlabs</td><td>GT15</td><td></td></tr><tr><td>Fibra multimodale</td><td>Thorlabs</td><td>BFL105LS02</td><td></td></tr><tr><td>Spectrometro</td><td>Newport</td><td>MS260i</td><td></td></tr><tr><td>CCD</td><td>Andor</td><td>DV420-OE</td><td></td></tr><tr><td>514nm Argon Ion Laser</td><td>Spectra-Physics</td><td>177-G01</td><td></td></tr><tr><td>633nm HeNe Laser</td><td>Newport</td><td>R-32413</td><td></td></tr><tr><td>CdSeTe quantum dot</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>q21061mp</td><td></td></tr><tr><td>Polimero di alcol polivinilico (PVA)</td><td>SIGMA-ALDRICH</td><td>363073</td><td></td></tr><tr><td>Programma di controllo</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW</td><td></td></tr></tbody></table>

determinazione di eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e polaritoni plasmonica di superficie di accoppiamento

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

Abbiamo sviluppato un metodo unico per misurare l'eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e plasmonica di superficie polaritoni (SPPs) derivanti da matrici periodiche metalliche senza coinvolgere risolta nel tempo tecniche di accoppiamento. Abbiamo formulato le tariffe dalle quantità che può essere misurata con semplici misure ottiche. La strumentazione basata sulla riflettività risolta di angolo e di polarizzazione e spettroscopia di fotoluminescenza descriveremo in dettaglio qui. Il nostro approccio è intrigante grazie alla sua semplicità, che richiede routine ottiche e meccaniche diverse fasi e quindi è molto conveniente per la maggior parte dei laboratori di ricerca.

Un esempio di matrice periodica Au è dato nella rientranza di Figura 4a8. L'immagine di vista SEM aereo Mostra che il campione è una matrice di foro circolare 2D reticolo quadrato con un periodo di 510 nm, una profondità del foro di 280 nm e un diametro del foro di 140 nm. Il mapping di riflettività p-polarizzato preso lungo la direzione di Γ-X è mostrato nella Figura 4a. Il tratto di linea viene calcolato...

Questo protocollo descrive la strumentazione per la determinazione dell'eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e Bloch-come plasmonica di superficie polaritoni derivanti da matrici di periodiche di accoppiamento.

Determinazione di eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e polaritoni plasmonica di superficie di accoppiamento

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

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel miglioramento della fluorescenza, come la fluorescenza mediata dal plasmone di superficie. Il vantaggio principale di questa tecnica è che differenzia i processi di eccitazione e decadimento della fluorescenza mediata da plasmoni di superficie interamente nel dominio della frequenza. Preparare un substrato per l'array periodico.Per questo esperimento, usa un pezzo di vetro di un centimetro quadrato. Pulirlo in bagni ad ultrasuoni di metanolo e acetone per 10 minuti ciascuno. Al termine, posizionalo su una piastra a 200 gradi Celsius per un'ora.Per le fasi di spin coating, diluire il fotoresist nativo con un diluente e preparare la soluzione di adesione. Spostare il substrato di vetro su una centrifuga ed erogare da tre a cinque gocce di soluzione di adesione su di esso. Centrifugare il substrato a 600 giri/min per 10 secondi, quindi a 3.600 giri/min per un minuto.Quindi, posiziona da cinque a sette gocce di fotoresist diluito sul substrato. Centrifugare il substrato a 600 giri/min per 10 secondi, quindi a 3.600 giri/min per un minuto. Al termine, spostare il campione rivestito in centrifuga su una piastra riscaldante a 65 gradi Celsius e lasciarlo lì per un minuto.Quindi, trasferire il campione su una piastra riscaldante a 95 gradi Celsius e lasciarlo per un altro minuto. Dalla piastra riscaldante, prelevare il campione per montarlo su un interferometro dei Lloyd's. La configurazione ha un prisma per un portacampioni, con uno specchio perpendicolare ad esso.Utilizzare una goccia di olio corrispondente all'indice di rifrazione sul campione per fissarlo al prisma. Posizionare il campione il più vicino possibile allo specchio. Esporre l'esempio in questo orientamento iniziale.Quindi, per creare un reticolo quadrato bidimensionale, ruotare il campione di 90 gradi sul prisma. Utilizzare lo stesso tempo di esposizione per una seconda esposizione. Rimettere il campione sulla piastra riscaldante a 65 gradi Celsius per due minuti.Quindi, posizionalo sulla piastra a 95 gradi Celsius per due minuti. Quindi, immergere il campione nello sviluppatore per due minuti agitando continuamente. Recuperare il campione e immergerlo in alcol isopropilico per un minuto, per sciacquare i residui.Lavora con un sistema di deposizione sputtering RF per applicare una pellicola d'oro a 100 nanometri sul campione. Una volta che il campione è pronto, portarlo insieme a un preparato di colorante styryl 8 a una centrifuga. Erogare 0,2 millilitri, o da tre a cinque gocce, della soluzione sul campione.Spin coat questo per produrre uno spessore di circa 80 nanometri. Per le misure di riflettività, utilizzare un goniometro. Questo sistema utilizza la luce bianca a banda larga di una lampada al quarzo.Un fascio di fibre multimodali trasmette la luce alle lenti dell'obiettivo faccia a faccia per la collimazione. Un polarizzatore e un otturatore sono i prossimi nel percorso. La luce illumina un campione su un tavolino di campionamento con tre stadi di rotazione indipendenti.Un analizzatore di rilevamento si trova dopo la fase di campionamento. Un'altra fibra multimodale raccoglie la riflessione speculare dal campione, per trasmetterla a uno spettrometro e a una telecamera CCD. Dopo aver allineato e calibrato il set-up, impostare un sistema automatizzato per la raccolta dei dati.Utilizza l'automazione per passare attraverso diversi angoli di incidenza e raccogliere gli spettri di riflessione. Per queste misurazioni, la dimensione del passo dell'angolo di incidenza è di 0,5 gradi. La risoluzione della lunghezza d'onda è di 0,66 nanometri.Per misurare la riflettività ortogonale, modificare l'impostazione. Impostare il polarizzatore incidente a 45 gradi rispetto al piano incidente. Impostare l'analizzatore su un valore negativo di 45 gradi rispetto al piano incidente.Procedere con un'altra misurazione automatizzata. Le misure di fotoluminescenza richiedono un'altra modifica alla configurazione. Sostituisci la sorgente luminosa a banda larga con un laser al neon ad elio da 633 nanometri.Posizionare un filtro a linea laser prima del polarizzatore. Inoltre, posiziona una piastra a semionda dopo l'otturatore. Completare la configurazione sostituendo un filtro notch per l'analizzatore prima dello spettrometro.Esegui scansioni automatizzate degli incidenti fissando l'angolo di rilevamento e variando l'angolo di incidenza rispetto alla normale del campione. I polaritoni plasmonici di superficie dipendono dall'angolo di incidenza e sono eccitati selettivamente. Successivamente, eseguire una scansione di rilevamento fissando l'angolo di incidenza rispetto alla normale del campione e variando l'angolo di rilevamento.Questa è la mappatura della riflettività polarizzata P presa lungo la direzione gamma X dell'array d'oro nel riquadro. La linea tratteggiata viene calcolata utilizzando l'equazione di corrispondenza di fase e implica che M è uguale a uno negativo e N è uguale a zero i polaritoni del plasma superficiale sono eccitati. Questa mappa di riflettività proviene da quando il polarizzatore e l'analizzatore si trovano in posizioni ortogonali.Lo sfondo è ora zero, come indicato dal blu della mappa dei colori. I profili di riflettività hanno picchi in verde, invece di avvallamenti, poiché dopo aver rimosso lo sfondo rimangono solo i polaritoni del plasma superficiale. Questa è la mappatura della riflettività polarizzata P e la mappatura della riflettività ortogonale lungo la gamma X per cadmio, selenio, tellururo, polimero PVA drogato con punti quantici, rivestiti di spin sull'array.Inoltre, qui sono riportati i dati per le misure di fotoluminescenza dell'angolo di incidenza e di rilevamento. I dati possono essere utilizzati per determinare i tassi di eccitazione e di accoppiamento tra gli emettitori di luce e le cavità residenti. Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sull'aumento della fluorescenza da array periodici, può essere applicato anche ad altri sistemi, come metamateriali e cristalli fotonici.Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in tre ore, se eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordarsi di controllare l'allineamento della configurazione dell'array, la polarizzazione e gli angoli della spettrografia di riflettività. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della fotoluminescenza per esplorare la fluorescenza potenziata dal plasma superficiale nel campo del miglioramento delle resine.Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come determinare l'eccitazione e la velocità di accoppiamento tra gli emettitori di luce e i polaritoni di plasma superficiale derivanti da array periodici.

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Pinzette plasmoniche e nanostrutture a cristalli fotonici sono mostrati utili per produrre miglioramenti nel controllo efficienza e l'orientamento ottico cattura micro-e nano-particelle.

L&#39;utilizzo di nanostrutture di cristallo plasmoniche e fotonici per Enhanced manipolazione micro e nanoparticelle

Questo video mostra la risonanza plasmonica di superficie localizzata per rilevare le secrezioni proteiche da una singola cellula. Utilizzando una configurazione microfluidica e un chip di nanostruttura plasmonica legata a peptidi, i cambiamenti nell'intensità della luce riflessa all'angolo di risonanza rivelano interazioni con le proteine secrete da una singola cellula.

Risonanza plasmonica di superficie localizzata per rilevare le secrezioni proteiche da una singola cellula

Descriviamo i metodi per la progettazione, la fabbricazione e la caratterizzazione sperimentale di emettitori fotoconduttrici plasmonica, che offrono due ordini di grandezza più elevati livelli di potenza terahertz rispetto agli emettitori fotoconduttori convenzionali.

Progettazione, fabbricazione, e Sperimentale Caratterizzazione di plasmoniche Emettitori Terahertz fotoconduttive

I nanofili d'argento possono trasportare simultaneamente elettroni e informazioni ottiche sotto forma di plasmoni di superficie. Viene qui descritta una procedura per realizzare un tale circuito condiviso e vengono valutate le limitazioni nella propagazione di entrambi i vettori di informazione.

Valutare plasmoniche Trasporti in Current-carrying Argento Nanowires

Lo scattering saturabile e saturabile inverso è stato scoperto in particelle plasmoniche isolate e adottato come nuovo metodo di contrasto non sbiancante nella microscopia a super-risoluzione. Qui vengono spiegate in dettaglio le procedure sperimentali di rilevamento ed estrazione dello scattering non lineare, nonché come migliorare la risoluzione con l'aiuto della microscopia ad eccitazione satura.

Misura di Scattering non linearità da un nanoparticelle plasmoniche singolo

Viene eseguita la sintesi di nanoparticelle d'oro uniformi rivestite con gusci semiconduttori di CdS o ZnS. Il rivestimento del semiconduttore viene condotto depositando prima un guscio di solfuro d'argento e scambiando i cationi d'argento con cationi di zinco o cadmio.

Sintesi, Caratterizzazione, e funzionalizzazione di ibrida UA / CdS e Au / ZnS core / shell nanoparticelle

L'obiettivo di questo protocollo è quello di dettagliare un approccio collaudato per la preparazione di campioni di nanoparticelle plasmoniche e per l'esecuzione di spettroscopia a singola particella su di essi con microscopia a contrasto di interferenza differenziale (DIC).

Eseguire la spettroscopia su nanoparticelle plasmoniche con microscopia a contrasto di tipo Nomarski basata su trasmissione

La struttura fotonica della banda consente di comprendere come si propagano le modalità elettromagnetiche confinate all'interno di un cristallo fotonico. Nei cristalli fotonici che incorporano elementi magnetici, tali modalità ottiche confinate e risonanti sono accompagnate da un'attività magneto-ottica migliorata e modificata. Descriviamo una procedura di misurazione per estrarre la struttura a banda magneto-ottica mediante microscopia spaziale di Fourier.

Caratterizzazione magneto-ottica spectrale e sistemata con angolo di nanostrutture fotoniche

Il presente protocollo descrive un approccio conveniente per integrare l'intrappolamento ottico e la spettroscopia Raman potenziata dalla superficie (SERS) per manipolare nanoparticelle plasmoniche per il rilevamento molecolare sensibile. Senza agenti aggreganti, il laser trappola assembla nanoparticelle plasmoniche per migliorare i segnali SERS degli analiti target per misurazioni spettroscopiche in situ .

Intrappolamento ottico di nanoparticelle plasmoniche per la caratterizzazione della spettroscopia Raman potenziata dalla superficie in situ

Questo articolo descrive come la microscopia a due fotoni sensibile alla polarizzazione potrebbe essere applicata per caratterizzare l'organizzazione locale all'interno di sovrastrutture-sferuliti amiloidi label-free. Descrive inoltre come preparare e misurare il campione, assemblare la configurazione richiesta e analizzare i dati per ottenere informazioni sull'organizzazione locale delle fibrille amiloidi.

Microscopia a due fotoni sensibile alla polarizzazione per una caratterizzazione strutturale dell'amiloide label-free

Scopri un metodo semplice per misurare eccitazione e accoppiamento tra emettitori di luce e polaritoni plasmonica di superficie in array metallici periodici. Questa tecnica accessibile utilizza spettroscopia di riflettività e fotoluminescenza risolta in angolo e polarizzazione.

Determinazione di eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e polaritoni plasmonica di superficie di accoppiamento

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