3D로 연결이 끊긴 실버 Nanostructures를 조작하는 방법

본 프로토콜에서는 펨토초 레이저를 사용하여 폴리머 매트릭스 내부에 3차원 은 구조물을 제작하는 방법을 상세히 설명합니다. 먼저 PVP와 질산은을 물에 혼합하여 폴리머 매트릭스 내에 은 이온을 생성합니다. 유리 슬라이드에 이 용액을 코팅하고 베이킹하여 은 이온이 도핑된 두꺼운 폴리머 층을 형성합니다. 그 다음, 폴리머 층에 펨토초 레이저 펄스를 조사하여 폴리머 내부에 은 구조물을 성장시킵니다. 광학 현미경과 주사 전자 현미경을 이용한 분석 결과, 시료의 레이저 조사 부피 내에서 은 구조물이 성장했음을 확인할 수 있습니다. UV 포토리소그래피와 같은 다른 방법과 비교했을 때 이 기술의 주요 장점은 펨토초 레이저 직접 기록 방식이 한 단계만으로 내부 구조물을 생성할 수 있으며, 이를 3D로 구현할 수 있다는 점입니다.

이 공정의 핵심은 샘플 내 화학 시약의 조합으로, 이를 통해 은의 성장을 레이저 조사 부피로 제한할 수 있기 때문입니다. 이 방법의 응용 분야로는 적외선 및 가시광선 파장용 등방성 금속 및 유전체 메타물질의 3D 제작이 포함됩니다. 비커에 물 8 mL를 측정하여 넣으십시오.

polyvinyl perine 206 milligrams를 첨가하고 용액이 투명해질 때까지 혼합합니다. 그다음 질산은 210 milligrams를 첨가하고 혼합하여 용해시킵니다. 이제 드롭 캐스팅 코팅법을 사용하여 유리 슬라이드에 은 용액을 도포하고, 100 °C 오븐에서 30분 동안 유리 슬라이드를 굽습니다.

처리된 슬라이드를 꺼내어 30분 동안 냉각합니다. 광학 구성은 티타늄 사파이어 레이저, 패러데이 아이솔레이터, 펄스 압축기, kuo 광 변조기, indie 필터, CCD 카메라가 장착된 자체 제작 현미경 및 3축 이동 스테이지로 구성됩니다. 현미경 전체 경로를 따라 레이저 빔을 정렬합니다.

대물렌즈를 샘플 마운트에 맞춥니다. 전체 설정은 진동 격리 장치가 있는 광학 테이블 위에 위치해야 합니다. 압축기를 조절하여 현미경 대물렌즈 통과 후 50 femtosecond 펄스를 얻도록 합니다.

또한 중성 밀도 필터를 조정하여 3개의 나노 이중 펄스를 얻으십시오. 대물렌즈 이후에 레이저 스팟 크기가 현미경 대물렌즈의 후면 개구부보다 큰지 확인하십시오. 다음으로, 샘플이 조사되는 동안 10 µs의 노출 창이 생성되도록 AOTF 광 변조기를 설정하십시오.

반복률을 25 hertz로 설정하십시오. 레이저 빔이 현미경에 도달하기 전에 차단하십시오. 시료를 3축 이동 스테이지 위에 놓으십시오.

펨토초 레이저 펄스의 빔 경로는 이미징 현미경 대물렌즈를 통과하여 시료 내에 초점이 맺혀야 합니다. 현미경 조명원을 전환하여 C two에서 시료를 관찰하십시오. CCD 카메라를 사용하여 스테이지의 Z축을 이동시켜 유리 기판과 폴리머 필름 사이의 계면을 찾으십시오.

그 다음 현미경의 초점을 폴리머 내부의 원하는 깊이로 다시 맞춥니다. 최하단 층을 패터닝하려면 레이저 빔의 차단을 해제하십시오. 모션 컨트롤러 소프트웨어를 설정하여 샘플을 x, Y, Z 방향으로 100 microns per second의 속도로 이동시킵니다.

패터닝 중 Z축 이동은 제작된 구조물과의 간섭을 피하기 위해 유리-폴리머 계면에서 멀어지는 방향으로 이루어져야 합니다. 어둡게 레이저 조사된 폭스홀(foxhole)에는 은이 포함되어 있습니다. 펄스 에너지와 노출 시간입니다.

은점의 크기와 광학 변조기 주파수 및 시료 이동 속도를 결정하십시오. 간격을 결정하십시오. 현재 설정으로는 명확한 확인을 위해 4 µm 주기의 큰 점이 생성됩니다.

C two 이미징에서 AO 광 변조기와 중성 밀도 필터는 샘플에 증착되는 에너지 양을 정밀하게 제어할 수 있게 합니다. 예를 들어, 복셀당 110 펄스의 노출, 펄스당 3 nano joules의 에너지, 그리고 100 microns per second의 스테이지 이동 속도를 사용하여 NC two 광학 현미경을 통해 은 구조물을 쉽게 관찰할 수 있습니다. 광학 현미경 이미지의 이 3D 렌더링에서, 제작된 샘플은 은 도트 배열 위에 또 다른 은 도트 배열이 배치된 형태로 구성되어 있습니다.

이들은 폴리머 매트릭스에 의해 고정됩니다. 데이터는 또한 샘플이 현미경 대물렌즈에서 멀어지도록 이동함에 따라 서로 다른 특징들이 순차적으로 초점이 맞았다가 벗어나는 모습을 애니메이션화한 일련의 광학 현미경 이미지로 시각화될 수 있습니다. 이 비디오는 앞서 3D 렌더링된 샘플을 보여줍니다.

이 영상은 Z 방향으로 나선형을 이루는 두 가지 도트 패턴을 보여줍니다. 제작된 은 구조의 고해상도 이미지는 주사 전자 현미경을 사용하여 얻을 수 있습니다. 이 시료는 유리 기판 위에 직접 제작된 도트의 2D 배열로 구성됩니다.

참고로, 은 특징 구조의 크기는 서브 마이크로미터 단위입니다. 이 영상을 시청한 후에는 펨토초 레이저를 사용하여 폴리머 매트릭스 내에 3차원 은 구조를 만드는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 레이저와 화학 물질을 다루는 작업은 매우 위험할 수 있으므로, 이 절차를 수행할 때는 항상 적절한 보호 장구를 착용해야 함을 잊지 마십시오.

이 기술을 통해 새로운 설계와 메타물질을 탐구하고, 다른 기술로는 제작할 수 없는 장치들을 제작하는 것이 가능해집니다.