Name: Plasmonische transport evalueren in stroomvoerende zilveren nanodraden (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-11T13:45:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Leer plasmonische transport evalueren in zilveren nanodraden met elektronenbundellithografie en oppervlakteplasmalekkagemicroscopie. Deze methode onderzoekt gelijktijdige elektronen- en plasmonentransport voor geïntegreerde opto-elektronische systemen.

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

Het onderzoek dat tot deze resultaten heeft geleid, heeft financiering ontvangen van de European Research Council in het kader van het Seventh Framework Program FP7/2007–2013 van de Europese Gemeenschap, Subsidieovereenkomst nr. 306772 en Subsidie ERC-2007-StG Nr. 203872-COMOSYEL. Dit werk wordt ook gedeeltelijk gefinancierd door de Agence Nationale de la Recherche (ANR) onder Subsidie Plastips (ANR-09-BLAN-0049). A. S. dankt een postdoctorale beurs van de Région de Bourgogne in het kader van het PARI-programma. M.S. erkent een beurs van de Chinese Scholarship Council. D.Z. erkent steun van de National Natural Science Foundation of China voor Subsidies 11074182 en 61036005.

1. Synthese van een colloïdale oplossing van zilver Nanodraden
Zilver nanodraden (Ag NW's) met een gladde oppervlakte en homogene structuur worden gesynthetiseerd met behulp van een gemodificeerde polyolen-geassisteerde methode6. Bij een typische synthese van Ag NW's worden de volgende procedures stap voor stap uitgevoerd:
<ol>
	<li>Giet 12 ml ethyleenglycol (EG) in een voorgereinigde, ronde bodem fles met dop.</li>
	<li>Verwarm de oplossing gedurende 1 uur op 150 °C in het oliebaad (dimethylsilicone) met magnetisch roeren op 260 rpm.</li>
	<li>Voeg 4 ml AgNO3 (0,2 M in EG-oplossing) toe door druppels. Tijdens dit proces verandert de kleur van de reactieoplossing van kleurloos naar transparant helder geel, wat duidt op de groei van zilverkristallen.</li>
	<li>Injecteer langzaam 4 ml poly-(vinylpyrrolidon) (PVP) oplossing (de concentratie is 22,2 mg/ml in EG-oplossing) in de reactieoplossing met een pipet. In de reactie dient EG zowel als oplosmiddel als reducerend middel, en de PVP stelt de zilveren enkele kristal in staat om in een bepaalde richting te groeien.</li>
	<li>Dek de reactiefles af met een dop. Na 150 minuten verandert de kleur van de oplossing van licht geel naar saliebont. Ten slotte ziet het colloïde er troebel zilvergrijs uit.</li>
	<li>Stop de reactie door de fles in een ijswaterbad te plaatsen om de temperatuur van de oplossing te verlagen.</li>
	<li>Breng 1 ml van de colloïdale oplossing over naar een centrifugeerbuis gevuld met 3 ml van aceton.</li>
	<li>Centrifugeer de buis gedurende 25 min bij 600 x g.</li>
	<li>Verwijder het supernatant en voeg 4 ml DI water toe.</li>
	<li>Herhaal stappen 1.8-1.9 minstens 3 keer om het overtollige EG en PVP te verwijderen.</li>
</ol>
2. Voorbereiden van macroscopische uitlijningslandmerken op een glazen substraat door middel van elektronenbundelletrografie
<ol>
	<li>Reinig een microscopen dekglas nr. 1 ½ gekalibreerd voor olie-immersiemicroscopie in een verdunde geconcentreerde zeep oplossing [1:3] met behulp van een ultrasoon bad.</li>
	<li>Spoel eerst in een groot volume DI water, gevolgd door een tweede wasbeurt met isopropanol. Droog het dekglas af met stikstof.</li>
	<li>Pipet 160 ml van poly(methylmethacrylaat) (PMMA) elektronenbundel weerstand (zie tabel met reagentia) en draai het met de volgende opeenvolgende coating parameters op het NW bedekte substraat:
	<ol>
		<li>10 sec bij een snelheid van 4 x g en een versnelling van 4 x g/sec.</li>
		<li>1 sec bij een snelheid van 350 x g en een versnelling van 200 x g/sec.</li>
		<li>60 sec bij een snelheid van 700 x g en een versnelling van 200 x g/sec.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Bakken het monster gedurende 10 min bij 170 °C op een hot plate.</li>
	<li>Herhaal stappen 2.2-2.4 om een tweede laag weerstand te produceren om liftoff aan het einde van de procedure te vergemakkelijken. Gebruik dezelfde elektronenbundel weerstand voor beide lagen.</li>
	<li>Sputter een dunne geleidende goudlaag (20 nm) op de bovenkant van het monster voordat u verder gaat met elektronenbundelletrografie.</li>
	<li>Breng het monster over naar een elektronenbundel microscoop uitgerust voor litografie. Gebruik een Faraday kooi, stel de straalstroom in op 150 pA.</li>
	<li>Stel het monster bloot volgens het ontwerpindeling van de rasterlandmerken met een stapgrootte ingesteld op 48 nm, een verblijftijd per pixel van 0,0243 msec voor een dosis van 150 µA/cm2.</li>
	<li>Ontwikkel het monster met MIBK (methyl isobutyl keton): IPA (isopropanol) met een verhouding [1:3] gedurende 45 sec. Stop het proces door het monster nog eens 45 sec in isopropanol te dompelen.</li>
	<li>Breng het substraat over naar een metaal verdamper werkend op een basisdruk van 8 x 10-8 mbar. Deponeer bij een verdampingssnelheid van 0,1 nm/sec 2 nm Cr (hechtingslaag) gevolgd door 70 nm Au.</li>
	<li>Ga door met een chemische lift-off van het monster met behulp van aceton verwarmd op 70 °C gedurende ongeveer 1,5 uur.</li>
</ol>
3. Deponeren van de nanodraden op het substraat
<ol>
	<li>Verdun de nanodraadoplossing in ethanol om een nanodraadensheid op het substraat te verkrijgen van ongeveer één nanodraad per 10 µm2.</li>
	<li>Pipet 50 µl van de oplossing en druppel het op het voorbewerkte substraat. Droog af met stikstof.</li>
</ol>
4. Lokaliseren van de nanodraden door middel van een optische microscoop
<ol>
	<li>Plaats het met nanodraden versierde substraat op een standaard gekalibreerd optische microscoop.</li>
	<li>Loceer nauwkeurig de uiteinden van een reeks geïsoleerde hoogwaardige nanodraden ten opzichte van de dichtstbijzijnde uitlijningsmarkeringen.</li>
</ol>
5. Fabricage van de elektroden door middel van elektronenbundelletrografie, thermische verdamping en chemische lift-off
<ol>
	<li>Gebruik de gemeten posities van de nanodraden om een elektrode-indeling te ontwerpen. Voeg grote ontvangstpads (50 µm x 50 µm) toe om wolfraam spanningssondes te verbinden met de elektrode die

<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>

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.

De synthese maakt gebruik van een overmaat aan chemische oppervlakteactieve stof die achterblijft gebonden aan het oppervlak van de nanodraad zoals geïllustreerd in de transmissie-elektronenmicrografie van Figuur 9(a). Deze laag creëert een diëlektrische barrière die de stroom verhindert om door het elektrode-nanodraad-interface te stromen. Figuren 10(a) en (b) laten typische voorbeelden zien van de stroom-spanningskarakteristieken. Scherpe stroomverhogingen bij bepaalde...

Plasmonics heeft tot doel elektronica en fotonica samen te voegen op een gedeelde fysische ondergrond via de bemiddeling van een elektronen dichtheidsgolf genaamd een oppervlakteplasmon polariton1,2,3. Oppervlakteplasmons kunnen in verschillende golfgeleider geometrieën en interfaces reizen. Onder hen zijn metalen nanodraden bijzonder wenselijk. Als quasi-eendimensionale structuren beperken ze het plasmonveld drastisch tot dieper dan subgolflengte terwijl ze fungeren als elektrische interconnecties die een elektronenstroom kunnen onderhouden zoals afgebeeld in de artistieke tekening van Figuur 1.
Zowel de voortplanting van oppervlakteplasmons als de elektronentransport zijn gevoelig voor structurele ongelijkheden van de nanodraad (bijv. kinks, kristallijne defecten, etc.). Omdat ze kunnen groeien als een enkel kristal met weinig defecten, bieden chemisch-gesynthetiseerde metalen nanodraden6 typisch verbeterde transportprestaties ten opzichte van amorphe metalen nanodraden die gefabriceerd zijn door top-down benaderingen (bijv. elektronenbundel litografie)12. De realisatie van een plasmonische netwerk eenheidscel vereist het overbrengen van de nanodraden van een colloïdale oplossing naar een glazen substraat. Zonder enige specifieke complexe voorpatroon zoals oppervlakte functionarisering13 of zelfassemblage technieken14, zijn nanodraden over het algemeen willekeurig georiënteerd op het substraat. Deze ongecontroleerde verdeling van oriëntaties bemoeilijkt de elektrische verbinding van de nanodraad met een externe stroombron drastisch.
In dit artikel worden willekeurig georiënteerde chemisch-gesynthetiseerde zilveren nanodraden met succes gecontacteerd door bron- en afvoer elektrische terminalen. Voor dit doel wordt optische microscopie gecombineerd met elektronenbundel litografie om de nanodraad precies te lokaliseren en elektrische contacten te creëren15,16. Een karakteriseringsprocedure die de elektro-plasmonische prestaties van de circuit geevalueerd wordt beschreven. Na elektrode fabricage worden de gecontacteerde nanodraden overgebracht naar een oppervlakteplasmon lekkage straling microscoop voor het analyseren van het effect van een elektronenstroom op de voortplanting van oppervlakteplasmons. De microscoop gebruikt een omgekeerde basis uitgerust met een hoog numeriek apertuur olie-immersie objectief en twee charge-coupled device (CCD) camera's geplaatst in het geconjugeerde objectvlak en geconjugeerde Fourier vlak, respectievelijk. Deze twee geconjugeerde vlakken bieden complementaire informatie over oppervlakteplasmon eigenschappen. Details van de voortplanting worden direct afgeleid uit beeldvlak analyse, terwijl de momentum verdeling wordt gevisualiseerd door Fourier vlak beeldvorming9.
Oppervlakteplasmons worden in een individuele nanodraad opgewonden door een nabij-infrarood laserstraal te focussen in een diffractie-beperkte spot op het glas/lucht grensvlak. Wanneer een nanodraadeinde wordt uitgelijnd in de focale regio, creëert het verstrooide incidente laserlicht een brede verdeling van golfvectoren, sommige daarvan resonant met de opwekking van een oppervlakteplasmon. De voortplanting van deze oppervlaktegolf wordt gevisualiseerd door het lekken van de modus uitgezonden in het substraat te verzamelen of door het plasmon waargenomen aan het distale uiteinde van de nanodraad. De voortplantingslengte en effectieve index van de lekkende oppervlakteplasmon modus worden gemeten door de intensiteitsverdelingen te analyseren in een dubbel-vlak lekkage straling microscopie.
Zodra een oppervlakteplasmon zich in de nanodraad ontwikkelt, worden de afvoer- en bronterminalen aan elke uiteinde van de nanodraad verbonden met een gereguleerde spanningsbron. De CCD camera's monitoren in real time de oppervlakteplasmon eigenschappen als functie van de stroom die door de nanodraad stroomt. Voor elke waarde van de elektrische overdrachtskarakteristiek worden de effectieve index en de voortplantingslengte van de oppervlakteplasmon modus bepaald. Deze procedure maakt het mogelijk de beperking van een nanodraad-gebaseerde circuit te schatten om tegelijkertijd het transport van elektronen en plasmons te onderhouden7.

<table><tbody><tr><td>DMEM</td><td>Invitrogen</td><td>ABCD1234</td><td></td></tr><tr><td>Ethyleenglycol (EG)</td><td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td><td>T20111130</td><td></td></tr><tr><td>PMMA</td><td>Allresist</td><td>AR-P 679</td><td></td></tr><tr><td>Aceton Analar Normapur</td><td>VWR Prolabo</td><td>20066.296</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA) Analar Normapur</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>Poly-(vinylpyrrolidon) (PVP)</td><td>Aladdin Chemistry Co., Ltd</td><td>1041671-31744</td><td></td></tr><tr><td>Dimethylsilicone</td><td>Sinopharm Group Company Limited</td><td>H201-500</td><td></td></tr><tr><td>Propyleenglycolmethyletheracetaat</td><td>Microchemicals Gmbh</td><td>AZ EBR</td><td></td></tr><tr><td>Omgekeerd optisch microscoop</td><td>Nikon</td><td>TE 2000</td><td></td></tr><tr><td>Microscoopobjectief</td><td>Nikon</td><td>1.49/100X TIRF Plan-Apo</td><td></td></tr><tr><td>CCD-camera's (2x)</td><td>Andor</td><td>Luca-S</td><td></td></tr><tr><td>Geregelde voeding</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>Dataverzameling</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>Stroom naar spanningsconverter</td><td>zelfgemaakt</td><td>Versterking 10 mA/V</td><td></td></tr><tr><td>Elektronenbundelmicroscoop</td><td>JEOL</td><td>FEG 6500</td><td></td></tr><tr><td>Litografie-add-on</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>Thermische verdamper</td><td>PLASSYS</td><td>MEB 400</td><td></td></tr><tr><td>Micrometerpeiltafel (2x)</td><td>S&Uuml;SS MicroTec</td><td>PH110</td><td></td></tr><tr><td>Piezo-elektrische stage</td><td>Mad City Labs</td><td>Nano LP100</td><td></td></tr></tbody></table>

plasmonische transport evalueren in stroomvoerende zilveren nanodraden

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is een opkomende technologie die in staat is om tegelijkertijd een plasmonisch signaal en een elektronisch signaal op hetzelfde informatiedrager te transporteren1,2,3. In deze context zijn metalen nanodraden bijzonder wenselijk voor het realiseren van dichte routeringsnetwerken4. Een voorwaarde om zo'n gedeeld nanodraad-gebaseerd platform te bedienen, is onze capaciteit om elektrisch contact te maken met individuele metalen nanodraden en efficiënt oppervlakteplasmon polaritonen5 te exciteren in deze informatiedrager. In dit artikel beschrijven we een protocol om elektrische aansluitingen te brengen op chemisch gesynthetiseerde zilveren nanodraden6 willekeurig verdeeld op een glazen substraat7. De posities van de nanodraadeinden met betrekking tot vooraf gedefinieerde landmarks worden nauwkeurig gelokaliseerd met behulp van standaard optische transmissiemicroscopie vóór inkapsling in een elektronen-gevoelige resist. Trennen die de elektrode-lay-out vertegenwoordigen, worden vervolgens ontworpen door elektronenstraal lithographie. Metaalelektroden worden vervolgens gemaakt door thermisch verdampen van een Cr/Au-laag gevolgd door een chemische lift-off. De benaderd zilveren nanodraden worden tenslotte overgebracht naar een lekachtige stralingsmicroscoop voor oppervlakteplasmon excitatie en karakterisering8,9. Oppervlakteplasmons worden in de nanodraden gelanceerd door een nabij-infrarood laserstraal te focussen op een diffractie-beperkte vlek die een nanodraadeinde overlapt5,9. Voor voldoende grote nanodraden lekt de oppervlakteplasmon modus in de glazen substraat9,10. Deze lekachtige straling wordt gemakkelijk gedetecteerd, geïmagerd en geanalyseerd in de verschillende geconjugeerde vlakken in lekachtige stralingsmicroscopie9,11. De elektrische aansluitingen hebben geen invloed op de plasmonvoortplanting. Echter, een stroom-geïnduceerde morfologische verslechtering van de nanodraad degradeert drastisch de stroom van oppervlakteplasmons. De combinatie van lekachtige stralingsmicroscopie met oppervlakteplasmon en een gelijktijdige analyse van de elektrische transportkarakteristieken van de nanodraad onthult de intrinsieke beperkingen van dergelijke plasmonische circuiterijen.

Figuur 2(a) toont een scanning-elektronenmicrografie van een typische Ag-nanodraad van 10 mm lang, gesynthetiseerd volgens het hierboven beschreven protocol. De breedte van de nanodraad is hier 200 nm, zoals te zien is in het detailbeeld van het linkeruiteinde in Figuur 2(b). De figuur laat duidelijk de vijfvoudige symmetrie van de kristalgroei zien. Er zijn geen zichtbare defecten op het oppervlak van de nanodraad (bijv. knikken, partikels, etc.). De synthese leidt tot...

Zilveren nanodraden kunnen tegelijkertijd elektronen en optische informatie vervoeren in de vorm van oppervlakteplasmonen. Hier wordt een procedure beschreven om een dergelijke gedeelde circuit te realiseren en de beperkingen bij het propageren van beide informatiedragers worden geëvalueerd.

Plasmonische transport evalueren in stroomvoerende zilveren nanodraden

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

Deze plasmonische schakeling op basis van nanodraden transporteert gelijktijdig elektronen en oppervlakteplasmonen. Breng op een gedeelde informatieondersteuning eerst via drop casting een colloïdale oplossing van zilveren nanodraden aan op een glazen dekglas dat vooraf is behandeld met PA en voorzien van uitlijningsmarkeringen. Selecteer vervolgens met behulp van ontwerpsoftware de uiteinden van de nanodraden om de contactelektroden nauwkeurig te fabriceren middels elektronenstraallithografie.Onderzoek vervolgens de eigenschappen van de gecontacteerde zilveren nanodraden met een surface plasma leakage radiation microscoop. De resultaten van de effectieve oppervlakteplasmaindex en de propagatielengte kunnen de evolutie van de oppervlakteplasmakenmerken weergeven als functie van de aangelegde biasspanning. Ik kreeg voor het eerst het idee om deze methode te ontwikkelen toen duidelijk werd dat kristallijne zilveren nanodraden gelijktijdig kunnen worden gebruikt om een elektrisch commando te transporteren en een optisch signaal over te dragen.Het aantonen van de excitatie van een oppervlakteplasma in een nanodraad zal worden uitgevoerd door Ana, een ingenieur uit mijn laboratorium. Verdun de nanodraadoplossing in ethanol om een nanodraaddichtheid op het substraat van ongeveer één nanodraad per 10 vierkante micron te verkrijgen. Pipetteer vervolgens 50 µL van de oplossing, breng deze via drop casting aan op het voorbehandelde PA-substraat en droog dit met stikstof.Plaats het met nanodraden versierde substraat onder een standaard gekalibreerde optische microscoop en bepaal nauwkeurig de uiteinden van een reeks geïsoleerde nanodraden van hoge kwaliteit ten opzichte van de dichtstbijzijnde uitlijnmarkeringen. Gebruik de gemeten posities van de nanodraden om een lay-out voor de elektroden te ontwerpen. Voeg grote contactvlakken toe om wolfraam-spanningsprobes op de elektrode aan te sluiten.Pipetteer 160 µL polymethylmethacrylaat elektronenstraalresistent op de nanodraden. Spin-coat vervolgens het met nanodraden bedekte substraat met deze opeenvolgende coatingparameters. Bak het monster bij 170 °C gedurende 10 minuten.Herhaal het proces voor een tweede resistlaag met dezelfde elektronenstraal. Breng resist aan voor beide lagen. Sputter nu een dunne geleidende goudlaag op het monster.Breng het monster over naar een elektronenstraalmicroscoop die is uitgerust voor lithografie met behulp van een kooi van Faraday. Meet de bundelstroom. Kalibreer vervolgens het coördinatensysteem van de elektronenstraalmicroscoop aan de hand van de uitlijnmarkeringen.Belicht het monster volgens het ontwerpindeling. Stel een stapgrootte in en bepaal de verblijftijd per pixel voor een specifieke dosis en bundelstroom. Ontwikkel het monster nu gedurende 45 seconden met een mengsel van methylisobutylketon en isopropanol in een verhouding van één op drie.Dompel vervolgens het ontwikkelde monster gedurende nog eens 45 seconden in isopropanol om het proces te stoppen. Plaats het substraat in een metaalverdampingsinstallatie, die werkt bij een basisdruk van 8 × 10⁻⁸ millibar bij een verdampingssnelheid van 0,1 nm per seconde. Breng een adhesielaag van 2 nm chroom aan, gevolgd door 70 nm goud. Voer vervolgens een chemische liftoff van het monster uit met aceton dat is verwarmd tot 70 °C gedurende ongeveer 1,5 uur.Stel een oppervlakteplasma- en lekagescoop in, uitgerust met een objectief met een hoge numerieke apertuur en een twee-assige piëzo-elektrische tafel. Om de monsterpositie aan te passen, wordt een gecoate Gaussische straal van een nabij-infrarode laser voorbereid. Een langere excitatiegolflengte zorgt voor een langere plasmapropagatiedistantie.Richten Sie de straal in de microscoop uit. Verifieer met behulp van straalsplitsers dat de diameter van de gecollimeerde straal de ingangspupil van de microscoop volledig vult voor de vorming van een diffractiebeperkte brandvlek op de glas-luchtinterface. Gebruik hiervoor een reeks relaislenzen die zijn geplaatst bij één uitgangspoort van de microscoop om twee vlakken te vormen die respectievelijk conjugaat zijn met het objectvlak en met het Fourier-vlak; plaats twee charge-coupled device-camera's op de locatie van deze conjugaatvlakken. Gebruik vervolgens de piëzo-elektrische tafel om het uiteinde van een geselecteerde gecontacteerde nanodraad zodanig uit te lijnen dat deze overlapt met de brandvlek.Pas de positie aan om de lichtkoppeling in de plasmamodus te maximaliseren. Sluit een geregelde voeding aan op de ontvangstpads van de elektrische aansluitingen met tungsteentips die zijn gemonteerd op driedimensionale mechanische probes. Plaats een stroom-spanningsomvormer met lage versterking of een ampèremeter in het circuit.Houd vervolgens de aangebrachte spanning, de stroom door de nanodraad en de intensiteitsverdelingen geregistreerd door de twee CCD-camera's in de gaten. Deze scanning-elektronenmicroscoopopname toont een typische zilveren nanodraad van 10 µm lang. Een detailopname van het linkeruiteinde laat een breedte van 200 nm van de nanodraad zien met een vijfvoudige symmetrie van de kristalgroei.Deze scanning-elektronenmicroscopiebeelden tonen de uitgelijningstekens die via lithografie op het glazen substraat zijn aangebracht. De gemarkeerde kruisen in het centrum van het schrijfveld dienen om, met behulp van een optische microscoop, de willekeurig gedeponeerde nanodraden nauwkeurig te lokaliseren. Deze elektroden zijn ontworpen via elektronenstraallithografie in opeenvolgende deposities van 2 nm chroom en 70 nm goud.Hier toont een beeld van lekstralingsradiatie de ontwikkeling van een oppervlakteplasma in een onbedekte zilveren nanodraad zonder elektrische verbindingen. Let op dat de gefocuste excitatie verschijnt als een intensiteitverzadigd gebied dat overlapt met één uiteinde van de nanodraad; de intensiteitsverdeling werd vervolgens geregistreerd in het Fourier-vlak. De positie van de effectieve index van de plasmamodus en de propagatielengte ervan zijn geëxtraheerd via een Lian-fit door de data.Deze afbeelding illustreert de voortplanting van een lekkende oppervlakteplasmamodus in een elektrisch verbonden zilveren nanodraad. Met behulp van de informatie in dit dual-plane imaging-schema worden vervolgens de eigenschappen van de oppervlakteplasma's geëvalueerd wanneer er een stroom door de nanodraad loopt. Deze representatieve resultaten tonen de evolutie van de oppervlakteplasma-eigenschappen bij een toegepaste spanningsbias op de elektroden.De stroom-spanningskarakteristiek van een zilveren nanodraad toont de door electromigratie geïnduceerde doorslag. Terwijl de effectieve plasma-index en de halve maximale breedte (FWHM) zijn afgeleid uit een Fourier-vlakanalyse en worden gerapporteerd voor elke biasspanning vlakbij de elektrische breuk. Het plasma bereikt het distale uiteinde van de nanodraad niet langer.Dit wordt bevestigd door de beelden van de lekstralingsmetingen. Deze transmissie-elektronenmicrografieën met hoge resolutie tonen de aanwezigheid van surfactanten op het oppervlak van de gesynthetiseerde zilveren nanodraden, wat de stroomvloei beïnvloedt. Deze laag vormt een diëlektrische barrière die voorkomt dat de stroom door de interface vloeit.Deze grafieken tonen de stroom-spanningskenmerken voor twee verschillende aangesloten nanodraden, gemeten tijdens een initiële bias-sweep. Plotselinge stroomsprongen onderbreken de curves, wat duidt op een gedeeltelijke vernietiging van de surfactantlaag die zich tussen de gouden elektroden en het oppervlak van de nanodraad bevindt. Er is sprake van een ohmisch contact wanneer een daaropvolgende spanningssweep een lineair kenmerk vertoont.Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u elektrisch contact kunt maken met willekeurig gedeponeerde metalen nanodraden, en hoe u de kritische parameters kunt meten die de oppervlakteplasma en propagatie in deze eendimensionale golfgeleiders bepalen.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Plasmonische pincet en fotonische kristal nanostructuren worden getoond om nuttige verbeteringen te produceren in de efficiëntie en de oriëntatie controle van optisch trapping micro-en nano-deeltjes.

Gebruik van plasmonische en fotonisch kristal nanostructuren voor Enhanced micro-en nanodeeltjes Manipulatie

Oplossing-opgehangen goud nanobuizen met gecontroleerde afmetingen kunnen worden gesynthetiseerd door elektrochemische depositie in poreuze anodische aluminiumoxide (AAO) membranen met een hydrofoob polymeer kern. Goud nanobuisjes en nanobuis arrays veelbelovend voor toepassingen in plasmonische biosensing, oppervlakte-enhanced Raman spectroscopie, foto-thermische verwarming, ionische en moleculaire transport, microfluidics, katalyse en elektrochemische detectie.

Sjabloon gerichte synthese van Plasmonische Gold nanobuizen met afstelbare IR absorptie

Er wordt een haalbare op transferdruk gebaseerde methodologie beschreven om plasmonische metaalnanostructuren in zonnepanelen te introduceren. Met behulp van nanopijler poly(dimethylsiloxane) stempels, werd een Ag-gebaseerde geordende nanodisk-array geïntegreerd met standaard gehydrogeneerde microkristallijne Si-zonnepanelen, wat leidde tot verbeterde prestaties van het apparaat als gevolg van plasmonisch lichtopsluiting.

Integratie van Licht Trapping Silver Nanostructures in gehydrogeneerde Microkristallijn silicium zonnecellen door Transfer Printing

Verzadigbare en omgekeerde verzadigingsverstrooiing werden ontdekt in geïsoleerde plasmonische deeltjes en toegepast als een nieuwe niet-blekende contrastmethode in superresolutiemicroscopie. Hier worden de experimentele procedures voor het detecteren en extraheren van niet-lineaire verstrooiing in detail uitgelegd, evenals hoe de resolutie kan worden verbeterd met behulp van verzadigd excimitatiemicroscopie.

Meting van Verstrooiing lineariteiten van een Single Plasmonische Nanodeeltje

De synthese van uniforme goudnanodeeltjes bedekt met halfgeleiderschelpen van CdS of ZnS wordt uitgevoerd. De halfgeleidercoating wordt uitgevoerd door eerst een zilversulfidelaagje af te zetten en de zilverkationen uit te wisselen voor zink- of cadmiumkationen.

Synthese, karakterisering en functionalisering van de hybride AU / CdS en Au / ZnS Core / Shell Nanodeeltjes

Een eenvoudige synthesemethode wordt gebruikt om zilveren nanodraad-dunne film chemisch te solderen om zeer rekbare en geleidende metalen geleiders te fabriceren.

Een Fabrication Methode voor Zeer rekbaar Dirigenten met Zilveren Nanodraden

Een microchip fabricageproces dat plasmonische pincet opgenomen wordt hier gepresenteerd. De microchip maakt het afbeelden van een gevangen deeltje trapping maximale krachten meten.

Plasmonische Trapping en het vrijkomen van nanodeeltjes in een Monitoring Milieu

We tonen de fabricage van periodieke gouden nanocup arrays gebruikmakend van de colloïdale lithografische technieken en bespreken het belang van nanoplasmonic films.

Fabricage van periodieke gouden Nanocup Arrays gebruikmakend van de colloïdale lithografie

Het doel van dit protocol is om een bewezen aanpak voor de bereiding van plasmonic nanodeeltjes monsters en voor het uitvoeren van enkele deeltjes spectroscopie op hen met differentiële interferentie contrast (DIC) microscopie detail.

Het uitvoeren van de spectroscopie op Plasmonic nanodeeltjes met transmissie-gebaseerde Nomarski-type differentiële interferentie contrast microscopie

Een protocol voor anisotrope foto afzetting van PD op Aqua-Suspended au nano via gelokaliseerde oppervlak Plasmon excitatie wordt gepresenteerd.

Photoafzetting van PD op colloïdaal au nanodeeltjes door oppervlakte Plasmon excitatie

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor de synthese van zilver-palladium (Ag-Pd) legering nanodeeltjes (NPs) ondersteund op ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2). Dit systeem maakt het mogelijk om energie te oogsten uit zichtbare lichtbestraling om moleculaire transformaties te versnellen en te beheersen. Dit wordt geïllustreerd door nitrobenzeenreductie bij lichte bestraling gekatalyseerd door Ag-Pd/ZrO2 NPs.

Bereiding van zilver-palladium gelegeerde nanodeeltjes voor plasmonische katalyse onder zichtbare lichtverlichting

Leer plasmonische transport evalueren in zilveren nanodraden met elektronenbundellithografie en oppervlakteplasmalekkagemicroscopie. Deze methode onderzoekt gelijktijdige elektronen- en plasmonentransport voor geïntegreerde opto-elektronische systemen.

Plasmonische transport evalueren in stroomvoerende zilveren nanodraden

Meer video's verkennen