Name: Ocena transportu plazmonicznego w przewodzących prąd nanodrutach srebra (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-11T13:45:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Odkryj metodę oceny transportu plazmonicznego w przewodzących nanodrutach srebra. Technika umożliwia jednoczesny przesył elektronów i plazmonów powierzchniowych w układach nanoelektronicznych.

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

Badania, które doprowadziły do uzyskania tych wyników, otrzymały dofinansowanie Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych w ramach Siódmego Programu Ramowego Wspólnoty Europejskiej FP7/2007–2013 Umowa o grant nr 306772 oraz Grant ERC-2007-StG nr 203872-COMOSYEL. Prace te są również częściowo finansowane przez Agence Nationale de la Recherche (ANR) w ramach Grant Plastips (ANR-09-BLAN-0049). A. S. dziękuje za stypendium podoktorskie z Région de Bourgogne w ramach programu PARI. M.S. przyjmuje do wiadomości stypendium od Chińskiej Rady Stypendialnej. D.Z. dziękuje za wsparcie ze strony Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin w zakresie grantów 11004182 i 61036005.

1. Synteza koloidalnego roztworu nanodrutów srebra
Nanodruty srebra (Ag NW) o gładkiej powierzchni i jednorodnej strukturze są syntetyzowane przy użyciu zmodyfikowanej metodywspomaganej poliolami 6. W typowej syntezie Ag NW krok po kroku przeprowadza się następujące procedury:
<ol>
	<li>Wlać 12 ml glikolu etylenowego (EG) do 100 ml wstępnie oczyszczonej kolby z okrągłodenną nakrętką.</li>
	<li>Podgrzewać roztwór w temperaturze 150 °C przez 1 godzinę w kąpieli olejowej (dimetylosilikon) z mieszaniem magnetycznym przy 260 obr./min.</li>
	<li>Dodać 4 ml AgNO3 (0,2 M w roztworze EG) przez kroplowanie. Podczas tego procesu kolor roztworu reakcyjnego zmienia się z bezbarwnego na przezroczysty jasnożółty, co wskazuje na wzrost zarodków kryształu srebra.</li>
	<li>Powoli wstrzyknąć 4 ml roztworu poli(winylopirolidonu) (PVP) (stężenie wynosi 22,2 mg/ml w roztworze EG) do roztworu reakcyjnego za pomocą pipety. W reakcji EG służy zarówno jako rozpuszczalnik, jak i środek redukujący, a PVP umożliwia monokryształowi srebra wzrost w określonym kierunku.</li>
	<li>Przykryć kolbę reakcyjną nakrętką. Po 150 minutach kolor roztworu zmienia się z jasnożółtego na szałwiowozielony. Wreszcie koloid wydaje się mętny srebrno-szary.</li>
	<li>Zatrzymać reakcję, umieszczając kolbę w lodowatej łaźni wodnej w celu obniżenia temperatury roztworu.</li>
	<li>Przenieść 1 ml roztworu koloidalnego do probówki wirówkowej wypełnionej 3 ml acetonu.</li>
	<li>Odwirować probówkę o masie 600 x g przez 25 minut.</li>
	<li>Usunąć sklarowany osad i dodać 4 ml wody demineralizowanej.</li>
	<li>Powtórz kroki 1.8-1.9 co najmniej 3x, aby usunąć nadmiar EG i PVP.</li>
</ol>
2. Przygotowanie makroskopowych punktów orientacyjnych na szklanym podłożu za pomocą litografii wiązką elektronów
<ol>
	<li>Wyczyść szkiełko nakrywkowe mikroskopu nr 1 1/2 skalibrowane do mikroskopii zanurzeniowej w olejku w rozcieńczonym stężonym roztworze mydła [1:3] za pomocą kąpieli ultradźwiękowej.</li>
	<li>Najpierw spłucz w dużej ilości wody DI, a następnie przepłucz w drugiej części izopropanolem. Wysuszyć szkiełko nakrywkowe z azotem.</li>
	<li>Odpipetować 160 ml poli(metakrylanu metylu) (PMMA) rezystancji wiązki elektronów (patrz tabela odczynników) i pokryć ją wirowo na podłożu pokrytym NW następującymi kolejnymi parametrami powłoki:
	<ol>
		<li>10 s przy prędkości 4 x g i przyspieszeniu 4 x g/sek.</li>
		<li>1 s przy prędkości 350 x g i przyspieszeniu 200 x g/sek.</li>
		<li>60 s przy prędkości 700 x g i przyspieszeniu 200 x g/sek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Piecz próbkę w temperaturze 170 °C przez 10 minut na gorącym talerzu.</li>
	<li>Powtórz kroki 2.2-2.4, aby wytworzyć drugą warstwę oporu, aby ułatwić start pod koniec procedury. Użyj tego samego oporu wiązki elektronów dla obu warstw.</li>
	<li>Rozpyl cienką przewodzącą warstwę złota (20 nm) na wierzchu próbki przed przystąpieniem do litografii wiązką elektronów.</li>
	<li>Przenieść próbkę do mikroskopu wiązki elektronów wyposażonego w litografię. Za pomocą klatki Faradaya ustaw prąd wiązki na 150 pA.</li>
	<li>Próbkę należy naświetlić zgodnie z układem konstrukcyjnym punktów orientacyjnych siatki z rozmiarem kroku ustawionym na 48 nm, czasem przebywania na piksel przy 0,0243 ms dla dawki 150 μA/cm2.</li>
	<li>Wywołać próbkę przy użyciu MIBK (keton metylowo-izobutylowy): IPA (izopropanol) w stosunku [1:3] przez 45 sekund. Zatrzymać proces, zanurzając próbkę w izopropanolu na kolejne 45 sekund.</li>
	<li>Przenieś podłoże w metalowym parowniku pracującym pod ciśnieniem podstawowym 8 x 10-8 mbar. Osadzanie się z szybkością parowania 0,1 nm/s, 2 nm Cr (warstwa adhezyjna), a następnie 70 nm Au.</li>
	<li>Przystąpić do chemicznego pobierania próbki przy użyciu acetonu ogrzewanego w temperaturze 70 °C przez około 1,5 godziny.</li>
</ol>
3. Osadzanie nanodrutów na podłożu
<ol>
	<li>Rozcieńczyć roztwór nanoprzewodów w etanolu, aby uzyskać gęstość nanoprzewodów na podłożu około jednego nanodrutu co 10μm2.</li>
	<li>Odpipetować 50 μl roztworu i odlać go kroplowo na wstępnie uformowane podłoże. Wysuszyć suszarką z azotem.</li>
</ol>
4. Lokalizowanie nanoprzewodów za pomocą mikroskopu optycznego
<ol>
	<li>Umieść podłoże ozdobione nanodrutami na standardowym skalibrowanym mikroskopie optycznym.</li>
	<li>Precyzyjnie zlokalizuj końce szeregu izolowanych nanodrutów wysokiej jakości w odniesieniu do najbliższych znaczników wyrównania.</li>
</ol>
5. Wytwarzanie elektrod za pomocą litografii wiązką elektronów, termicznego odparowywania i chemicznego liftingu
<ol>
	<li>Wykorzystaj zmierzone pozycje nanoprzewodów, aby zaprojektować układ elektrod. Zawierają duże podkładki odbiorcze (50 μm x 50 μm) do łączenia wolframowych sond napięcia z elektrodą docierającą do nanoprzewodów.</li>
	<li>Pobrać pipetą 160 ml poli(metakrylanu metylu) (PMMA) rezystancji wiązki elektronów (patrz tabela odczynników) i pokryć wirowo podłoże pokryte nanodrutami następującymi kolejnymi parametrami powlekania:
	<ol>
		<li>10 s przy prędkości 4 x g i przyspieszeniu 4 x g/sek.</li>
		<li>1 s przy prędkości 350 x g i przyspieszeniu 200 x g/sek.</li>
		<li>60 s przy prędkości 700 x g i przyspieszeniu 200 x g/sek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Piecz próbkę w temperaturze 170 °C przez 10 minut na gorącym talerzu.</li>
	<li>Powtórz kroki 5.2-5.3, aby wytworzyć drugą warstwę oporu, aby ułatwić unoszenie się pod koniec procedury. Użyj tego samego oporu wiązki elektronów dla obu warstw.</li>
	<li>Rozpyl cienką przewodzącą warstwę złota (20 nm) na wierzchu próbki przed przystąpieniem do litografii wiązką elektronów.</li>
	<li>Przenieść próbkę do mikroskopu wiązki elektronów wyposażonego w litografię. Za pomocą klatki Faradaya ustaw prąd wiązki na 150 pA.</li>
	<li>Za pomocą znaczników wyrównania skalibruj układ współrzędnych mikroskopu wiązki elektronów.</li>
	<li>Naświetlić próbkę zgodnie z układem projektowym z rozmiarem kroku ustawionym na 48 nm, czasem przebywania na piksel przy 0,0243 ms dla dawki 150 μA/cm2.</li>
	<li>Wywołać próbkę przy użyciu MIBK (keton metylowo-izobutylowy): IPA (izopropanol) w stosunku [1:3] przez 45 sekund. Zatrzymać proces, zanurzając powstałą próbkę w izopropanolu na kolejne 45 sekund.</li>
	<li>Przenieś podłoże w metalowym parowniku pracującym pod ciśnieniem podstawowym 8 x 10-8 mbar. Osad z szybkością parowania 0,1 nm/s, 2 nm Cr (warstwa adhezyjna), a następnie 70 nm Au.</li>
	<li>Przystąpić do chemicznego pobierania próbki przy użyciu acetonu ogrzewanego w temperaturze 70 °C przez około 1,5 godziny.</li>
</ol>
6. Transfer do powierzchniowego mikroskopu promieniowania wycieku plazmonów
<ol>
	<li>Ustawić mikroskop powierzchniowego wycieku plazmonów wyposażony w obiektyw o dużej aperturze numerycznej (N.A.>1) i dwuosiowy stolik piezoelektryczny, aby dostosować położenie próbki.</li>
	<li>Przygotuj skolimowaną wiązkę Gaussa z lasera bliskiej podczerwieni. Dłuższa długość fali wzbudzenia zapewnia większą odległość propagacji plazmonów. Wyrównaj wiązkę w mikroskopie. Średnica wiązki skolimowanej powinna przepełniać źrenicę wejściową mikroskopu. Zapewnia to powstawanie ograniczonego dyfrakcją ogniska na granicy faz szkło/powietrze.</li>
	<li>Za pomocą rozdzielaczy wiązki i szeregu soczewek przekaźnikowych umieszczonych w jednym porcie wyjściowym mikroskopu, utwórz dwie płaszczyzny sprzężone odpowiednio z płaszczyzną obiektu i płaszczyzną Fouriera (tylna płaszczyzna ogniskowa obiektywu). Umieść dwie kamery ze sprzężonym ładunkiem (CCD) w miejscu tych sprzężonych płaszczyzn.</li>
	<li>Korzystając ze stolika piezoelektrycznego, wyrównaj koniec wybranego kontaktowego nanodrutu tak, aby zachodził na miejsce ogniskowania. Dostosuj pozycję, aby zmaksymalizować sprzężenie światła w trybie plazmonowym.</li>
	<li>Podłącz regulowany zasilacz do padów odbiorczych zacisków elektrycznych z wolframowymi końcówkami zamontowanymi na trójwymiarowych sondach mechanicznych. Włóż do obwodów przetwornicę prądowo-napięciową o niskim wzmocnieniu (wzmocnienie 10mA/V) lub miernik prądu.</li>
	<li>Monitoruj zastosowane odchylenie, prąd przepływający przez nanoprzewód i rozkłady intensywności zarejestrowane przez dwie kamery CCD.</li>
</ol>

<ol><li>Ozbay, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics%3A+Merging+photonics+and+electronics+at+nanoscale+dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22Sci%22%5BJournal%5D)">Plasmonics: Merging photonics and electronics at nanoscale dimensions.</a> Sci. 311 (5758), 189-193 (1126).</li>
<li>Zia, R., Schuller, J. A., Chandran, A., Brongersma, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics%3A+the+next+chip-scale+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Today%22%5BJournal%5D)">Plasmonics: the next chip-scale technology.</a> Mater. Today. 9 (7), (2006).</li>
<li>Genet, W., C,, Bozhevolnyi, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-plasmon+circuitry%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Today%22%5BJournal%5D)">Surface-plasmon circuitry.</a> Phys. Today. 61 (5), 44-50 (2008).</li>
<li>Pyayt, A. L., Wiley, B., Xia, Y., Chen, A., Dalton, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integration+of+photonic+and+silver+nanowire+plasmonic+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Integration of photonic and silver nanowire plasmonic waveguides.</a> Nat. Nanotechnol. 3, 660-665 (2008).</li>
<li>Dickson, R. M., Lyon, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unidirectional+Plasmon+Propagation+in+Metallic+Nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Unidirectional Plasmon Propagation in Metallic Nanowires.</a> J. Phys. Chem. B. 104, 6095-6098 (2000).</li>
<li>Kan, C. X., Zhu, J. -J., Zhu, X. -G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+nanostructures+with+well-controlled+shapes-synthesis%2C+characterization+and+growth+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Silver nanostructures with well-controlled shapes-synthesis, characterization and growth mechanism.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (15), 155304(2008).</li>
<li>Song, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron-induced+limitation+of+surface+plasmon+propagation+in+silver+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Electron-induced limitation of surface plasmon propagation in silver nanowires.</a> Nanotechnol. 24 (9), (2013).</li>
<li>Drezet, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leakage+radiation+microscopy+of+surface+plasmonpolaritons%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+B%22%5BJournal%5D)">Leakage radiation microscopy of surface plasmonpolaritons.</a> Mater. Sci. Eng. B. 148, 220-229 (2007).</li>
<li>Song, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+Symmetry-Selected+Corner+Plasmon+Modes+in+Penta-Twinned+Crystalline+Ag+Nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Imaging Symmetry-Selected Corner Plasmon Modes in Penta-Twinned Crystalline Ag Nanowires.</a> ACS Nano. 5 (7), 5874-5880 (1021).</li>
<li>Miljković, V., Shegai, T., Johansson, P., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulating+light+scattering+from+supported+plasmonic+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Simulating light scattering from supported plasmonic nanowires.</a> Opt. Express. 20 (10), 10816-10826 (2012).</li>
<li>Massenot, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer-metal+waveguides+characterization+by+Fourier+plane+leakage+radiation+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Polymer-metal waveguides characterization by Fourier plane leakage radiation microscopy.</a> Appl. Phys. Lett. 91, (2007).</li>
<li>Ditlbacher, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+Nanowires+as+Surface+Plasmon+Resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Silver Nanowires as Surface Plasmon Resonators.</a> Phys. Rev. Lett. 95 (25), 257403(2005).</li>
<li>Margueritat, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+the+number+of+nanoparticles+on+the+enhancement+properties+of+surface-enhanced+Raman+scattering+active+area%3A+sensitivity+versus+repeatability%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Influence of the number of nanoparticles on the enhancement properties of surface-enhanced Raman scattering active area: sensitivity versus repeatability.</a> ACS Nano. 5 (3), 1630-1638 (2011).</li>
<li>Rivera, T. P., Lecarme, O., Hartmann, J., Rossitto, E., Berton, K., Peyrade, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assisted+convective-capillary+force+assembly+of+gold+colloids+in+a+microfluidic+cell%3A+Plasmonic+properties+of+deterministic+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.+B%22%5BJournal%5D)">Assisted convective-capillary force assembly of gold colloids in a microfluidic cell: Plasmonic properties of deterministic nanostructures.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 26, 2513-2519 (2008).</li>
<li>Cronin, S. B., et al. Thermoelectric investigation of bismuth nanowires. 18th international conference on Thermoelectrics, , 554-557 (1999).</li>
<li>Cronin, S. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Making+electrical+contacts+yo+nanowires+with+a+thick+oxide+coating%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Making electrical contacts yo nanowires with a thick oxide coating.</a> Nanotechnol. 13 (5), 653(2002).</li>
<li>Colasdes Francs, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+plasmonic+waveguides%3A+A+mode+solver+based+on+density+of+states+formulation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Integrated plasmonic waveguides: A mode solver based on density of states formulation.</a> Phys. Rev. B. 80 (11), 115419(2009).</li>
<li>Stahlmecke, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromigration+in+self-organized+single-crystalline+silver+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Electromigration in self-organized single-crystalline silver nanowires.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (5), 053122(2006).</li>
<li>Kim, F., Sohn, K., Wu, J., Huang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+Synthesis+of+Gold+Nanowires+in+Acidic+Solutions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+American+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Chemical Synthesis of Gold Nanowires in Acidic Solutions.</a> J. American Chem. Soc. 130 (5), 14442-14443 (2008).</li>
<li>Novotny, L., Hecht, B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNovotny%2C+L+%22Princ.+Nano-Opt%22">Princ. Nano-Opt</a>. , Cambridge University Press. (2006).</li>
<li>Wang, W. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dip-pen+nanolithography+of+electrical+contacts+to+single-walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Dip-pen nanolithography of electrical contacts to single-walled carbon nanotubes.</a> ACS Nano. 3 (11), 35443-33551 (2009).</li>
<li>Kuzyk, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectrophoresis+at+the+nanoscale%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Dielectrophoresis at the nanoscale.</a> Electrophoresis. 32 (17), 2307-2313 (2011).</li>
<li>Freer, E. M., Grachev, O., Duan, X., Martin, S., Stumbo, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-yield+self-limiting+single-nanowire+assembly+with+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Technol%22%5BJournal%5D)">High-yield self-limiting single-nanowire assembly with dielectrophoresis.</a> Nat. Technol. 5, 525-530 (2010).</li>
<li>Huang, J. -S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomically-flat+single-crystalline+gold+nanostructures+for+plasmonic+nanocircuitry%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Comm%22%5BJournal%5D)">Atomically-flat single-crystalline gold nanostructures for plasmonic nanocircuitry.</a> Nat. Comm. 1, 150(2010).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Synteza wykorzystuje nadmiar chemicznego środka powierzchniowo czynnego pozostającego związany z powierzchnią nanodrutu, jak pokazano na transmisyjnym mikrorysunku elektronowym na rysunku 9(a). Warstwa ta tworzy barierę dielektryczną zapobiegającą przepływowi prądu przez granicę faz elektroda-nanoprzewód. Rysunki 10 lit. a) i b) przedstawiają typowe przykłady charakterystyk prądowo-napięciowych. Ostre kroki prądu przy pewnych odchyleniach przerywają krzywe. Etapy te zach...

Plazmonika ma na celu połączenie elektroniki i fotoniki we wspólnym fizycznym wsparciu poprzez zapośredniczenie fali gęstości elektronów zwanej powierzchniowym polarytonemplazmonu 1,2,3. Plazmon powierzchniowy może przemieszczać się w różnych geometriach falowodów i interfejsach. Wśród nich szczególnie pożądane są nanodruty metalowe. Jako struktury quasi-jednowymiarowe drastycznie ograniczają pole plazmonowe do głębokiej skali podfalowej, działając jednocześnie jako połączenia elektryczne zdolne do podtrzymania przepływu elektronów, jak pokazano na rysunku artystycznym na rysunku 1.
Zarówno powierzchniowa propagacja plazmonu, jak i transport elektronów są wrażliwe na strukturalne niejednorodności nanodrutu (np. załamania, defekty krystaliczne, itp.). Ponieważ mogą rosnąć jako monokryształ z niewielką liczbą defektów, chemicznie syntetyzowane nanodruty metalowe6 zazwyczaj zapewniają lepszą wydajność transportu w porównaniu z amorficznymi nanodrutami metalowymi wytwarzanymi metodą odgórną (np. litografia wiązką elektronów)12. Wykonanie plazmonicznej komórki elementarnej sieci wymaga przeniesienia nanodrutów z roztworu koloidalnego na podłoże szklane. Bez żadnego specyficznego złożonego wstępnego wzorcowania, takiego jak funkcjonalizacja powierzchni13 lub technikisamoorganizacji14, nanodruty są na ogół losowo zorientowane na podłożu. Ten niekontrolowany rozkład orientacji drastycznie komplikuje elektryczne połączenie nanoprzewodu z zewnętrznym źródłem zasilania.
W tym artykule, losowo zorientowane, chemicznie syntetyzowane nanoprzewody srebra są z powodzeniem kontaktowane przez zaciski elektryczne źródła i odpływu. W tym celu mikroskopia optyczna jest łączona z litografią wiązką elektronów, aby precyzyjnie zlokalizować nanodrut i utworzyć kontakty elektryczne15,16. Opisano procedurę charakterystyki oceniającą wydajność elektroplazmoniczną obwodów. Po wytworzeniu elektrody, nanodruty, z którymi się stykają, są przenoszone do powierzchniowego mikroskopu promieniowania wycieku plazmonów w celu analizy wpływu przepływu elektronów na propagację plazmonów powierzchniowych. Mikroskop wykorzystuje odwróconą podstawę wyposażoną w obiektyw olejowy o wysokiej aperturze numerycznej i dwie kamery ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) umieszczone odpowiednio na płaszczyźnie sprzężonego obiektu i sprzężonej płaszczyźnie Fouriera. Te dwie sprzężone płaszczyzny dostarczają uzupełniających się informacji na temat właściwości plazmonu powierzchniowego. Szczegóły propagacji są bezpośrednio wnioskowane z analizy płaszczyzny obrazu, podczas gdy rozkład pędu jest wizualizowany przez obrazowanie płaszczyzny Fouriera9.
Plazmony powierzchniowe są wzbudzane w pojedynczym nanoprzewodzie poprzez skupienie wiązki laserowej bliskiej podczerwieni w miejscu ograniczonym dyfrakcją na granicy szkła i powietrza. Gdy kończyna nanodrutowa jest wyrównana w obszarze ogniskowym, rozproszone padające światło laserowe tworzy szeroki rozkład wektorów fal, z których niektóre rezonują ze wzbudzeniem plazmonu powierzchniowego. Rozchodzenie się tej fali powierzchniowej jest wizualizowane albo poprzez zbieranie wycieku modu emitowanego w podłożu, albo poprzez obserwację plazmonu rozproszonego na dystalnym końcu nanodrutu. Długość propagacji i efektywny indeks trybu plazmonu nieszczelnej powierzchni są mierzone poprzez analizę rozkładów intensywności w mikroskopii promieniowania przeciekowego w dwóch płaszczyznach.
Gdy plazmon powierzchniowy rozwinie się w nanoprzewodzie, zaciski drenu i źródła na każdym końcu nanoprzewodu są podłączone do źródła o regulowanym napięciu zasilania. Kamery CCD monitorują w czasie rzeczywistym właściwości plazmonu powierzchniowego w funkcji prądu przepływającego przez nanoprzewód. Dla każdej wartości charakterystyki przenoszenia elektrycznego określa się efektywny wskaźnik i długość propagacji modu plazmonu powierzchniowego. Procedura ta pozwala oszacować ograniczenie obwodu opartego na nanoprzewodach do jednoczesnego podtrzymywania transportu elektronów i plazmonów7.

<table><tbody><tr><td>DMEM</td><td>Invitrogen</td><td>ABCD1234</td><td></td></tr><tr><td>Glikol etylenowy (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>Poli-(winylopirolidon) (PVP)</td><td>Aladdin Chemistry Co., Ltd</td><td>1041671-31744</td><td></td></tr><tr><td>Dimethysilicone</td><td>Sinopharm Group Company Limited</td><td>H201-500</td><td></td></tr><tr><td>Octan eteru metylowego glikolu propylenowego</td><td>Microchemicals Gmbh</td><td>AZ EBR</td><td></td></tr><tr><td>Odwrócony mikroskop optyczny</td><td>Nikon</td><td>TE 2000</td><td></td></tr><tr><td>Obiektyw mikroskopowy</td><td>Nikon</td><td>1.49/100X TIRF Plan-Apo</td><td></td></tr><tr><td>Kamery CCD (2x)</td><td>Andor</td><td>Luca-S</td><td></td></tr><tr><td>Regulowany zasilacz</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>Dane akwizycyjne</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>Konwerter prądu na napięcie</td><td>domowej roboty</td><td>Wzmocnienie 10 mA/V</td><td></td></tr><tr><td>Wiązka elektronów mikroskop</td><td>JEOL</td><td>FEG 6500</td><td></td></tr><tr><td>Dodatek do litografii</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>Parownik termiczny</td><td>PLASSYS</td><td>MEB 400</td><td></td></tr><tr><td>Stopień sondy mikrometrycznej (2x)</td><td>S&Uuml; SS MicroTec</td><td>PH110</td><td></td></tr><tr><td>Stolik piezoelektryczny</td><td>Mad City Labs</td><td>Nano LP100</td><td></td></tr></tbody></table>

ocena transportu plazmonicznego w przewodzących prąd nanodrutach srebra

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plazmonika to rozwijająca się technologia zdolna do jednoczesnego przesyłania sygnału plazmonicznego i elektronicznego na tym samym nośniku informacji1,2,3. W tym kontekście nanodruty metalowe są szczególnie pożądane do realizacji gęstych sieci routingu4. Warunkiem wstępnym do działania takiej współdzielonej platformy opartej na nanoprzewodach jest nasza zdolność do elektrycznego kontaktu z pojedynczymi nanodrutami metalowymi i skutecznego wzbudzania powierzchniowych polarytonów plazmonowych5 w tym podparciu informacyjnym. W tym artykule opisujemy protokół doprowadzania końcówek elektrycznych do chemicznie syntetyzowanych nanodrutów srebra6 losowo rozmieszczonych na szklanym podłożu7. Położenie końcówek nanodrutów w stosunku do predefiniowanych punktów orientacyjnych jest precyzyjnie lokalizowane przy użyciu standardowej optycznej mikroskopii transmisyjnej przed enkapsulacją w rezyście wrażliwym na elektrony. Rowy reprezentujące układ elektrod są następnie projektowane za pomocą litografii wiązką elektronów. Elektrody metalowe są następnie wytwarzane przez termiczne odparowanie warstwy Cr / Au, a następnie chemiczne uniesienie. Nanodruty srebra, z którymi się stykają, są ostatecznie przenoszone do mikroskopu promieniowania przeciekowego w celu wzbudzenia i charakteryzacji plazmonów powierzchniowych8,9. Plazmony powierzchniowe są wystrzeliwane w nanodrutach poprzez skupienie wiązki laserowej w bliskiej podczerwieni na punkcie ograniczonym dyfrakcją nakładającym się na jeden koniec nanodrutu5,9. W przypadku wystarczająco dużych nanodrutów tryb plazmonu powierzchniowego przecieka do szklanego podłoża9,10. To promieniowanie wyciekowe jest łatwo wykrywane, obrazowane i analizowane w różnych płaszczyznach sprzężonych w mikroskopii promieniowania wyciekowego9,11. Zaciski elektryczne nie wpływają na propagację plazmonu. Jednak wywołane prądem pogorszenie morfologiczne nanodrutu drastycznie pogarsza przepływ plazmonów powierzchniowych. Połączenie mikroskopii promieniowania powierzchniowego wycieku plazmonów z jednoczesną analizą charakterystyki transportu elektrycznego nanoprzewodów ujawnia wewnętrzne ograniczenia takich obwodów plazmonicznych.

Rysunek 2(a) przedstawia mikrografię z transmisyjnego elektronowego mikroskopu skanującego typowego nanodrutu Ag o długości 10 mm, zsyntezowanego zgodnie z opisanym powyżej protokołem. Szerokość nanodrutu wynosi tutaj 200 nm, co pokazano w powiększeniu lewego końca na Rysunku 2(b). Na rysunku wyraźnie widoczna jest pięciokrotna symetria wzrostu kryształu. Na powierzchni nanodrutu nie ma widocznych defektów (np. załamań, cząsteczek itd.). Synteza prowadzi do szerokiego r...

Srebrne nanodruty mogą jednocześnie transportować elektrony i informacje optyczne w postaci plazmonów powierzchniowych. Opisano tutaj procedurę realizacji takiego wspólnego obwodu i oceniane są ograniczenia w propagacji obu nośników informacji.

Ocena transportu plazmonicznego w przewodzących prąd nanodrutach srebra

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

Ten plazmoniczny układ oparty na nanodrutach jednocześnie transportuje elektrony i plazmony powierzchniowe. Na wspólnej podłożu informacyjnym najpierw naniesiono metodą drop castingu koloidalny roztwór nanodrutów srebrowych na szklaną lamellkę uprzednio potraktowaną PA z markami wyrównawczymi. Następnie, korzystając z oprogramowania projektowego, wybrano końce nanodrutów, aby precyzyjnie wykonać elektrody kontaktowe za pomocą litografii wiązką elektronów.Następnie zbadaj właściwości stykowych nanodrutów srebrnych za pomocą mikroskopu do badania promieniowania wycieku plazmony powierzchniowego. Wyniki dotyczące efektywnego współczynnika załamania plazmonów powierzchniowych oraz długości propagacji mogą wykazać ewolucję charakterystyk plazmonów powierzchniowych w funkcji przyłożonego napięcia polaryzującego. Pierwsza idea opracowania tej metody pojawiła się, gdy stało się jasne, że krystaliczny nanodrut może służyć jednocześnie do przesyłania sygnału elektrycznego i przenoszenia sygnału optycznego.Demonstracja wzbudzenia plazmonu powierzchniowego w nanodrucie zostanie przeprowadzona przez Anę, inżynier z mojego laboratorium. Rozcieńcz roztwór nanodrutów w etanolu, aby uzyskać gęstość nanodrutów na podłożu wynoszącą około jednego nanodrutu na 10 µm². Następnie pipetuj 50 µL roztworu i nanieś go metodą drop-castingu na podłoże przygotowane w procesie PA, a następnie wysusz strumieniem azotu.Umieść podłoże z nanodrutami na standardowym skalibrowanym mikroskopie optycznym i precyzyjnie wyznacz położenie końców serii odizolowanych, wysokiej jakości nanodrutów względem najbliższych znaczników wyrównania. Na podstawie zmierzonych pozycji nanodrutów zaprojektuj układ elektrod. Uwzględnij duże pole kontaktowe (pady), aby umożliwić podłączenie wolframowych sond napięciowych do elektrody.Aby uzyskać nanodruty, pipetujemy 160 µL polimetakrylanu metylu (PMMA), który służy jako rezyst pod wiązkę elektronów. Następnie nanosi się warstwę tego materiału na podłoże z nanodrutami metodą spin-coatingu, stosując kolejne parametry powlekania. Próbkę wypieka w temperaturze 170 °C przez 10 minut.Powtórz proces dla drugiej warstwy resistu, używając tej samej wiązki elektronów. Nałóż resist na obie warstwy. Następnie naparuj cienką przewodzącą warstwę złota na wierzch próbki.Przenieś próbkę do mikroskopu elektronowego wyposażonego w system litografii, używając klatki Faradaya. Zmierz natężenie wiązki. Następnie, korzystając z markerów wyrównawczych, skalibruj układ współrzędnych mikroskopu elektronowego.Naświetl próbkę zgodnie z zaplanowanym układem. Ustaw wielkość kroku i określ czas ekspozycji na piksel dla określonej dawki i natężenia wiązki. Następnie wywołaj próbkę, używając mieszaniny metyloizobutyloketonu i izopropanolu w stosunku od 1:3 przez 45 sekund.Następnie, aby zatrzymać proces, zanurz wywołaną próbkę w izopropanolu na kolejne 45 sekund. Przenieś podłoże do parownika metalicznego, pracującego przy ciśnieniu bazowym 8×10⁻⁸ mbar, przy szybkości parowania 0,1 nm/s. Nanieś warstwę adhezyjną 2 nm chromu, a następnie 70 nm złota. Przeprowadź chemiczny liftoff próbki, używając acetonu podgrzanego do 70°C przez około 1,5 godziny.Przygotuj mikroskop plazmowy i mikroskop do pomiaru prądów upływności powierzchniowych, wyposażony w obiektyw o wysokiej aperturze numerycznej oraz dwuosiową platformę piezoelektryczną. Do regulacji położenia próbki przygotuj wiązkę Gaussa z lasera bliskiej podczerwieni. Dłuższa długość fali wzbudzenia zapewnia większy dystans propagacji plazmy.Ustaw wiązkę w mikroskopie. Zweryfikuj, czy średnica skolimowanej wiązki całkowicie wypełnia źrenicę wejściową mikroskopu w celu uformowania ograniczonej dyfrakcyjnie plamki ogniskowania na styku szkło-powietrze. Z pomocą dzielników wiązki oraz serii soczewek przekaźnikowych umieszczonych w jednym porcie wyjściowym mikroskopu, tworzących dwie płaszczyzny sprzężone odpowiednio z płaszczyzną obiektu i płaszczyzną Fouriera, umieść dwie kamery CCD w miejscach tych płaszczyzn sprzężonych. Następnie, używając stolika piezoelektrycznego, ustaw koniec wybranego nanodrutu kontaktowego tak, aby pokrywał się z plamką ogniskowania.Dostosuj pozycję, aby zmaksymalizować sprzężenie światła w trybie plazmowym. Podłącz regulowany zasilacz do padów odbiorczych terminali elektrycznych z końcówkami wolframowymi zamontowanymi na trójwymiarowych sondach mechanicznych. Wprowadź do obwodu przetwornik prąd-napięcie o niskim wzmocnieniu lub amperz metr.Następnie monitoruj przyłożone napięcie polaryzujące, prąd płynący przez nanodrut oraz rozkłady intensywności rejestrowane przez dwie kamery CCD. Ta mikrografia z transmisyjnego mikroskopu elektronowego przedstawia typowy nanodrut srebrny o długości 10 µm. Powiększony widok lewego końca wskazuje szerokość nanodrutu wynoszącą 200 nm z pięciokrotną symetrią wzrostu kryształu.Te obrazy z rozpylnego mikroskopu elektronowego przedstawiają znaki wyrównawcze naniesione litograficznie na podłoże szklane. Oznaczone krzyże w centrum pola zapisu służą do precyzyjnego lokalizowania przypadkowo osadzonych nanodrutów przy użyciu mikroskopu optycznego. Elektrody te zostały zaprojektowane metodą litografii wiązką elektronów w kolejnych osadzeniach 2 nm chromu i 70 nm złota.Tutaj obraz promieniowania szczątkowego pokazuje plazmę powierzchniową rozwijającą się w gołym nanodrucie srebrnym bez połączeń elektrycznych. Należy zauważyć, że skupione wzbudzenie pojawia się jako obszar o nasyconej intensywności nakładający się na jeden koniec nanodrutu; rozkład intensywności został następnie zarejestrowany w płaszczyźnie Fouriera. Położenie efektywnego współczynnika załamania modu plazmonowego oraz jego długość propagacji zostały wyznaczone na podstawie dopasowania funkcji Liana do danych.Ten obraz ilustruje propagację wyciekającego powierzchniowego modu plazmowego w elektrycznie połączonym srebrnym nanodrucie. Wykorzystując informacje zawarte w tym dwupłaszczyznowym schemacie obrazowania, ocenia się następnie właściwości plazm powierzchniowych po ustanowieniu przepływu prądu w nanodrucie. Te reprezentatywne wyniki pokazują ewolucję właściwości plazmy powierzchniowej w zależności od napięcia przyłożonego do elektrod.Charakterystyka prądowo-napięciowa srebrnego nanodrutu wykazuje przerwanie ciągłości wywołane elektromigracją. Efektywny współczynnik załamania plazmy oraz pełna szerokość połówki maksimum zostały wyznaczone na podstawie analizy płaszczyzny fourierowskiej i przedstawione dla każdego napięcia polaryzacji w pobliżu przerwania elektrycznego. Plazma nie dociera już do dystalnego końca nanodrutu.Potwierdzają to obrazy promieniowania szczątkowego. Te wysokorozdzielcze mikrografie transmisyjne pokazują obecność surfaktantów na powierzchni zsyntetyzowanych nanodrutów srebrnych, co wpływa na przepływ prądu. Warstwa ta tworzy barierę dielektryczną, która zapobiega przepływowi prądu przez powierzchnię styku.Wykresy te przedstawiają charakterystyki prądowo-napięciowe dla dwóch różnych podłączonych nanodrutów, zmierzone podczas początkowego przesuwania napięcia polaryzującego. Nagłe skoki prądu występujące na krzywych świadczą o częściowym zniszczeniu warstwy surfaktanta znajdującej się pomiędzy złotymi elektrodami a powierzchnią nanodrutu. Kontakt omowy zostaje ustanowiony, gdy kolejne przesuwanie napięcia wykazuje charakterystykę liniową.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, w jaki sposób ustanowić kontakt elektryczny z losowo osadzonymi nanodrutami metalicznymi oraz jak mierzyć krytyczne parametry wpływające na plazmonikę powierzchniową i propagację w tych jednowymiarowych falowodach.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Ocena transportu plazmonowego w nanodrotach srebrnych przewodzących prąd

Wykazano, że pęsety plazmoniczne oraz nanostruktury kryształów fotonicznych zapewniają istotną poprawę wydajności i kontroli orientacji w optycznym chwytaniu mikro- i nanocząstek.

Wykorzystanie plazmonicznych i fotonicznych nanostruktur krystalicznych do usprawnionej manipulacji mikro- i nanocząsteczkami

Nanorurki złota o kontrolowanych wymiarach mogą być syntetyzowane przez elektrochemiczne osadzanie w porowatych membranach z anodowego tlenku glinu (AAO) przy użyciu hydrofobowego rdzenia polimerowego. Złote nanorurki i matryce nanorurek są obiecujące pod kątem zastosowań w biodetekcji plazmonicznej, spektroskopii Ramana wzmocnionej powierzchniowo, ogrzewaniu fototermicznym, transporcie jonowym i molekularnym, mikrofluidyce, katalizie i wykrywaniu elektrochemicznym.

Ukierunkowana synteza matrycowa plazmonicznych nanorurek złota z przestrajalną absorbancją IR

Opisana jest realna metodologia oparta na druku transferowym, mająca na celu wprowadzenie plazmonicznych nanostruktur metalowych do ogniw słonecznych.  Wykorzystując nanofilarowe stemple poli(dimetylosiloksanowe), uporządkowany układ nanodysków oparty na Ag zintegrowano ze standardowymi uwodornionymi mikrokrystalicznymi ogniwami słonecznymi Si, co doprowadziło do poprawy wydajności urządzenia dzięki plazmonicznemu pułapkowaniu światła.

Integracja nanostruktur srebra zatrzymujących światło w uwodornionych mikrokrystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych za pomocą druku transferowego

Nasycone i odwrócone saturable rozpraszanie zostały odkryte w izolowanych cząstkach plazmonicznych i przyjęte jako nowatorska metoda kontrastu bez wybielania w mikroskopii superrozdzielczej. Tutaj szczegółowo wyjaśniono eksperymentalne procedury wykrywania i ekstrakcji rozpraszania nieliniowego, a także sposoby zwiększenia rozdzielczości za pomocą nasyconej mikroskopii wzbudzenia.

Pomiar nieliniowości rozpraszania od pojedynczej nanocząstki plazmonicznej

Przeprowadzana jest synteza jednolitych nanocząstek złota pokrytych półprzewodnikowymi powłokami CdS lub ZnS. Powłoka półprzewodnikowa jest przeprowadzana przez pierwsze osadzenie powłoki siarczku srebra i wymianę kationów srebra na kationy lub kadmu.

Synteza, charakterystyka i funkcjonalizacja hybrydowych nanocząstek rdzenia/powłoki Au/CdS i Au/ZnS

Prosta metoda syntezy jest używana do chemicznego cienkiej warstwy nanodrutów srebra w celu wytworzenia wysoce rozciągliwych i przewodzących przewodników metalowych.

Metoda wytwarzania wysoce rozciągliwych przewodników z nanodrutami srebra

Przedstawiono tutaj proces produkcji mikroprocesorów, który wykorzystuje plazmoniczną pęsetę. Mikroczip umożliwia obrazowanie uwięzionej cząstki w celu zmierzenia maksymalnych sił wychwytywania.

Pułapkowanie plazmoniczne i uwalnianie nanocząstek w środowisku monitorowania

Pokazujemy wytwarzanie okresowych matryc nanokubków złotych za pomocą technik litograficznych koloidalnych i omawiamy znaczenie warstw nanoplazmonowych.

Wytwarzanie okresowych matryc złotych nanokubków przy użyciu litografii koloidalnej

Celem tego protokołu jest szczegółowe przedstawienie sprawdzonego podejścia do przygotowania próbek plazmonicznych nanocząstek i przeprowadzenia na nich spektroskopii pojedynczych cząstek za pomocą mikroskopii z kontrastem różnicowym interferencyjnym (DIC).

Wykonywanie spektroskopii nanocząstek plazmonicznych za pomocą transmisyjnej mikroskopii kontrastowej interferencyjnej typu Nomarskiego

Przedstawiono protokół anizotropowego fotoosadzania Pd na wodno zawieszonych nanoprętach Au poprzez miejscowe powierzchniowe wzbudzenie plazmonów.

Fotoosadzanie Pd na koloidalnych nanoprętach Au przez powierzchniowe wzbudzenie plazmonów

Prezentowany tutaj jest protokół syntezy nanocząstek (NPs) ze stopu srebra i palladu (Ag-Pd) na bazie ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2). System ten pozwala na pozyskiwanie energii z promieniowania światłem widzialnym w celu przyspieszenia i kontrolowania przemian molekularnych. Ilustruje to redukcja nitrobenzenu pod wpływem lekkiego napromieniowania katalizowanego przez Ag-Pd/ZrO2 NPs.

Otrzymywanie nanocząstek stopu srebra i palladu do katalizy plazmonicznej w świetle widzialnym

Odkryj metodę oceny transportu plazmonicznego w przewodzących nanodrutach srebra. Technika umożliwia jednoczesny przesył elektronów i plazmonów powierzchniowych w układach nanoelektronicznych.

Ocena transportu plazmonicznego w przewodzących prąd nanodrutach srebra

Przeglądaj więcej filmów