Name: Avaliando plasmônicos Transporte em Prata atual de transporte de nanofios (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-11T13:45:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Aprenda a avaliar o transporte simultâneo de elétrons e plasmons de superfície em nanofios de prata usando litografia por feixe de elétrons. Este método permite caracterizar circuitos plasmônicos integrados.

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A investigação que conduziu a estes resultados recebeu financiamento do Conselho Europeu de Investigação ao abrigo do Sétimo Programa-Quadro da Comunidade Europeia, do Acordo de Subvenção n.º 306772 do Sétimo Programa-Quadro da Comunidade Europeia e do Acordo de Subvenção ERC-2007-StG n.º 203872-COMOSYEL. Este trabalho também é parcialmente financiado pela Agence Nationale de la Recherche (ANR) sob Grant Plastips (ANR-09-BLAN-0049). A. S. agradece uma bolsa de pós-doutorado da Région de Bourgogne no âmbito do programa PARI. MS reconhece uma bolsa do Conselho Chinês de Bolsas de Estudo. D.Z. reconhece o apoio da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China para Subsídios 11004182 e 61036005.

1. Síntese de uma Solução Coloidal de Nanofios de Prata
Nanofios de prata (Ag NWs) com superfície lisa e estrutura homogênea são sintetizados usando um método assistido por polióis modificados6. Em uma síntese típica de Ag NWs, os seguintes procedimentos são realizados passo a passo:
<ol>
	<li>Despejar 12 ml de etilenoglicol (EG) em um balão pré-limpo de 100 ml com tampa de fundo redondo.</li>
	<li>Aquecer a solução a 150 °C durante 1 hora em banho de óleo (dimetilsilicone) com agitação magnética a 260 rpm.</li>
	<li>Adicionar 4 ml de AgNO3 (solução de 0,2 M em EG) por gota. Durante esse processo, a cor da solução de reação muda de incolor para amarelo brilhante transparente, o que indica o crescimento de sementes de cristal de prata.</li>
	<li>Injete lentamente 4 ml de solução de poli-(vinilpirrolidona) (PVP) (a concentração é de 22,2 mg/ml em solução EG) na solução de reação com uma pipeta. Na reação, o EG serve como solvente e agente redutor, e o PVP permite que o cristal único de prata cresça em uma determinada direção.</li>
	<li>Cobrir o balão de reacção com uma tampa. Após 150 min, a cor da solução muda de amarelo claro para verde sálvia. Finalmente, o colóide aparece cinza-prateado turvo.</li>
	<li>Pare a reação colocando o frasco em banho-maria gelada para diminuir a temperatura da solução.</li>
	<li>Transferir 1 ml da solução coloidal para um tubo de centrifugação com 3 ml de acetona.</li>
	<li>Centrifugue o tubo a 600 x g por 25 min.</li>
	<li>Retirar o sobrenadante e adicionar 4 ml de água DI.</li>
	<li>Repita as etapas 1.8-1.9 pelo menos 3x para remover o excesso de EG e PVP.</li>
</ol>
2. Preparando pontos de referência de alinhamento macroscópico em um substrato de vidro por litografia por feixe de elétrons
<ol>
	<li>Limpe uma lamínula de microscópio N°1 1/2 calibrada para microscopia de imersão em óleo em uma solução de sabão concentrado diluído [1:3] usando um banho ultrassônico.</li>
	<li>Enxágüe primeiro em um grande volume de água DI, seguido por uma segunda lavagem com isopropanol. Seque a lamínula com nitrogênio.</li>
	<li>Pipetar 160 ml de resistência por feixe de elétrons de poli(metacrilato de metilo) (PMMA) (ver tabela de reagentes) e girar o substrato revestido a NW com os seguintes parâmetros de revestimento sucessivos:
	<ol>
		<li>10 segundos a uma velocidade de 4 x g e uma aceleração de 4 x g/seg.</li>
		<li>1 segundo a uma velocidade de 350 x g e uma aceleração de 200 x g/seg.</li>
		<li>60 segundos a uma velocidade de 700 x g e uma aceleração de 200 x g/seg.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Assar a amostra a 170 °C durante 10 min numa chapa quente.</li>
	<li>Repita as etapas 2.2-2.4 para produzir uma segunda camada de resistência para facilitar a decolagem no final do procedimento. Use a mesma resistência ao feixe de elétrons para ambas as camadas.</li>
	<li>Pulverize uma fina camada condutora de ouro (20 nm) no topo da amostra antes de prosseguir para a litografia por feixe de elétrons.</li>
	<li>Transfira a amostra para um microscópio de feixe de elétrons equipado para litografia. Usando uma gaiola de Faraday, defina a corrente do feixe para 150 pA.</li>
	<li>Exponha a amostra seguindo o layout de design dos pontos de referência da grade com um tamanho de passo definido em 48 nm, um tempo de permanência por pixel em 0,0243 ms para uma dose de 150 μA/cm2.</li>
	<li>Desenvolver a amostra utilizando MIBK (metilisobutilcetona): IPA (isopropanol) com uma proporção [1:3] durante 45 segundos. Parar o processo mergulhando a amostra em isopropanol durante mais 45 segundos.</li>
	<li>Transfira o substrato em um evaporador de metal operando a uma pressão de base de 8 x 10-8 mbar. Depositar a uma taxa de evaporação de 0,1 nm/seg, 2 nm de Cr (camada de adesão) seguida de 70 nm de Au.</li>
	<li>Proceder a uma descolagem química da amostra com acetona aquecida a 70 °C durante cerca de 1,5 horas.</li>
</ol>
3. Deposição dos nanofios no substrato
<ol>
	<li>Diluir a solução de nanofios em etanol para obter uma densidade de nanofios no substrato de cerca de um nanofio a cada 10 μm2.</li>
	<li>Pipetar 50 μl da solução e lançá-la gota sobre o substrato pré-padronizado. Seque com nitrogênio.</li>
</ol>
4. Localizando os nanofios pelo microscópio óptico
<ol>
	<li>Coloque o substrato decorado com nanofios em um microscópio óptico calibrado padrão.</li>
	<li>Localize com precisão as extremidades de uma série de nanofios isolados de alta qualidade em relação às marcas de alinhamento mais próximas.</li>
</ol>
5. Fabricação dos eletrodos por litografia por feixe de elétrons, evaporação térmica e decolagem química
<ol>
	<li>Use as posições medidas dos nanofios para projetar um layout de eletrodo. Incorpore grandes almofadas receptoras (50 μm x 50 μm) para conectar sondas de tensão de tungstênio ao eletrodo que atinge os nanofios.</li>
	<li>Pipetar 160 ml de resistência ao feixe de eletrões de poli(metacrilato de metilo) (PMMA) (ver quadro de reagentes) e revestir o substrato coberto com nanofios com os seguintes parâmetros de revestimento sucessivos:
	<ol>
		<li>10 segundos a uma velocidade de 4 x g e uma aceleração de 4 x g/seg.</li>
		<li>1 segundo a uma velocidade de 350 x g e uma aceleração de 200 x g/seg.</li>
		<li>60 segundos a uma velocidade de 700 x g e uma aceleração de 200 x g/seg.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Assar a amostra a 170 °C durante 10 min numa chapa quente.</li>
	<li>Repita as etapas 5.2-5.3 para produzir uma segunda camada de resistência para facilitar a decolagem no final do procedimento. Use a mesma resistência ao feixe de elétrons para ambas as camadas.</li>
	<li>Pulverize uma fina camada condutora de ouro (20 nm) no topo da amostra antes de prosseguir para a litografia por feixe de elétrons.</li>
	<li>Transfira a amostra para um microscópio de feixe de elétrons equipado para litografia. Usando uma gaiola de Faraday, defina a corrente do feixe para 150 pA.</li>
	<li>Usando as marcas de alinhamento, calibre o sistema de coordenadas do microscópio de feixe de elétrons.</li>
	<li>Expor a amostra seguindo o layout do projeto com um tamanho de passo definido em 48 nm, um tempo de permanência por pixel em 0,0243 ms para uma dose de 150 μA/cm2.</li>
	<li>Desenvolver a amostra utilizando MIBK (metilisobutilcetona): IPA (isopropanol) com uma proporção [1:3] durante 45 segundos. Parar o processo mergulhando a amostra revelada em isopropanol durante mais 45 segundos.</li>
	<li>Transfira o substrato em um evaporador de metal operando a uma pressão de base de 8 x 10-8 mbar. Depositar a uma taxa de evaporação de 0,1 nm/seg, 2 nm de Cr (camada de adesão) seguidos de 70 nm de Au.</li>
	<li>Proceder a uma descolagem química da amostra com acetona aquecida a 70 °C durante cerca de 1,5 horas.</li>
</ol>
6. Transferência para um microscópio de radiação de fuga plasmónica de superfície
<ol>
	<li>Configure um microscópio de vazamento de plasmon de superfície equipado com uma objetiva de alta abertura numérica (NA>1) e um estágio piezoelétrico de dois eixos para ajustar a posição da amostra.</li>
	<li>Prepare um feixe gaussiano colimado a partir de um laser infravermelho próximo. Comprimento de onda de excitação mais longo fornece maior distância de propagação do plasmon. Alinhe o feixe no microscópio. O diâmetro do feixe colimado deve encher demais a pupila de entrada do microscópio. Isso garante a formação de um ponto focal limitado por difração na interface vidro/ar.</li>
	<li>Com a ajuda de divisores de feixe e uma série de lentes de relé posicionadas em uma porta de saída do microscópio, forme dois planos conjugados com o plano do objeto e com o plano de Fourier (plano focal traseiro da objetiva), respectivamente. Coloque duas câmeras de dispositivo de carga acoplada (CCD) no local desses planos conjugados.</li>
	<li>Usando o estágio piezoelétrico, alinhe a extremidade de um nanofio de contato selecionado para sobrepor o ponto focal. Ajuste a posição para maximizar o acoplamento de luz no modo plasmon.</li>
	<li>Conecte uma fonte de alimentação regulada às almofadas receptoras dos terminais elétricos com pontas de tungstênio montadas em sondas mecânicas tridimensionais. Insira um conversor de corrente para tensão de baixo ganho (ganho 10mA/V) ou um medidor de corrente no circuito.</li>
	<li>Monitore a polarização aplicada, a corrente que flui através do nanofio e as distribuições de intensidade registradas pelas duas câmeras CCDs.</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>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

A síntese usa um excesso de surfactante químico que permanece ligado à superfície do nanofio, conforme ilustrado na micrografia eletrônica de transmissão da Figura 9 (a). Essa camada cria uma barreira dielétrica que impede que a corrente flua através da interface eletrodo-nanofio. As Figuras 10 (a) e (b) mostram exemplos típicos das características corrente-tensão. Passos de corrente acentuados em certos vieses pontuam as curvas. Essas etapas ocorrem quando a densidade d...

A plasmônica visa fundir eletrônica e fotônica em um suporte físico compartilhado por meio da mediação de uma onda de densidade eletrônica chamada polariton plasmônicode superfície 1,2,3. O plasmon de superfície pode viajar em várias geometrias e interfaces de guia de onda. Entre eles, os nanofios de metal são especialmente desejáveis. Como estruturas quase unidimensionais, elas confinam drasticamente o campo plasmônico a uma escala de comprimento de onda profundo, enquanto atuam como interconexões elétricas capazes de sustentar um fluxo de elétrons, conforme ilustrado pelo desenho artístico da Figura 1.
Tanto a propagação do plasmon de superfície quanto o transporte de elétrons são sensíveis a heterogeneidades estruturais do nanofio (por exemplo, dobras, defeitos cristalinos, etc.). Como podem crescer como um único cristal com poucos defeitos, os nanofios metálicos sintetizados quimicamente6 normalmente fornecem melhores desempenhos de transporte em relação aos nanofios metálicos amorfos fabricados por abordagens de cima para baixo (por exemplo, litografia por feixe de elétrons) 12 . A realização de uma célula unitária de rede plasmônica requer a transferência dos nanofios de uma solução coloidal para um substrato de vidro. Sem qualquer pré-padronização complexa específica, como funcionalização de superfície13 ou técnicas de automontagem14, os nanofios são geralmente orientados aleatoriamente no substrato. Essa distribuição descontrolada de orientações complica drasticamente a conexão elétrica do nanofio a uma fonte de energia externa.
Neste artigo, nanofios de prata sintetizados quimicamente orientados aleatoriamente são contatados com sucesso por terminais elétricos de fonte e drenagem. Para isso, a microscopia óptica é combinada com a litografia por feixe de elétrons para localizar com precisão o nanofio e criar contatos elétricos15,16. Um procedimento de caracterização avaliando o desempenho eletroplasmônico do circuito é descrito. Após a fabricação do eletrodo, os nanofios contatados são transferidos para um microscópio de radiação de vazamento de plasmon de superfície para analisar o efeito de um fluxo de elétrons na propagação de plasmons de superfície. O microscópio usa uma base invertida equipada com uma objetiva de imersão em óleo de alta abertura numérica e duas câmeras de dispositivo de carga acoplada (CCD) colocadas no plano do objeto conjugado e no plano conjugado de Fourier, respectivamente. Esses dois planos conjugados fornecem informações complementares sobre as propriedades do plasmon de superfície. Os detalhes da propagação são inferidos diretamente da análise do plano da imagem, enquanto a distribuição do momento é visualizada pela imagem do plano de Fourier9.
Os plasmons de superfície são excitados em um nanofio individual, focalizando um feixe de laser infravermelho próximo em um ponto limitado por difração na interface vidro/ar. Quando uma extremidade de nanofios é alinhada dentro da região focal, a luz laser incidente espalhada cria uma ampla distribuição de vetores de onda, alguns deles ressonantes com a excitação de um plasmon de superfície. A propagação dessa onda de superfície é visualizada coletando o vazamento do modo emitido no substrato ou observando o plasmon espalhado na extremidade distal do nanofio. O comprimento de propagação e o índice efetivo do modo plasmon de superfície com vazamento são medidos analisando as distribuições de intensidade em uma microscopia de radiação de vazamento de plano duplo.
Uma vez que um plasmon de superfície se desenvolve no nanofio, os terminais de drenagem e fonte em cada extremidade do nanofio são conectados a uma fonte de tensão regulada. As câmeras CCD monitoram em tempo real as propriedades do plasmon da superfície em função da corrente que flui através do nanofio. Para cada valor da característica de transferência elétrica, o índice efetivo e o comprimento de propagação do modo plasmônico de superfície são determinados. Este procedimento permite estimar a limitação de um circuito baseado em nanofios para sustentar simultaneamente o transporte de elétrons e plasmons7.

<table><tbody><tr><td>DMEM</td><td>Invitrogen</td><td>ABCD1234</td><td></td></tr><tr><td>Etilenoglicol (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>Acetona 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- (vinilpirrolidona) (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>Propilenoglicol Metil Éter Acetato</td><td>Microquímicos Gmbh</td><td>AZ EBR</td><td></td></tr><tr><td>Microscópio óptico invertido</td><td>Nikon</td><td>TE 2000</td><td></td></tr><tr><td>Objetiva de microscópio</td><td>Nikon</td><td>1.49/100X TIRF Plan-Apo</td><td></td></tr><tr><td>Câmeras CCD (2x)</td><td>Andor</td><td>Luca-S</td><td></td></tr><tr><td>Fonte de alimentação regulada</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>Dados de aquisição</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>Conversor de corrente para tensão</td><td>caseiro</td><td>Ganho 10 mA/V</td><td></td></tr><tr><td>Feixe de elétrons microscópio</td><td>JEOL</td><td>FEG 6500</td><td></td></tr><tr><td>Complemento de litografia</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>Evaporador térmico</td><td>PLASSYS</td><td>MEB 400</td><td></td></tr><tr><td>Micrômetro de sondagem (2x)</td><td>S&Uuml; SS MicroTec</td><td>PH110</td><td></td></tr><tr><td>Estágio piezoelétrico</td><td>Mad City Labs</td><td>Nano LP100</td><td></td></tr></tbody></table>

avaliando plasmônicos transporte em prata atual de transporte de nanofios

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

A plasmônica é uma tecnologia emergente capaz de transportar simultaneamente um sinal plasmônico e um sinal eletrônico no mesmo suporte de informação1,2,3. Nesse contexto, os nanofios metálicos são especialmente desejáveis para a realização de redes de roteamento densas4. Um pré-requisito para operar essa plataforma baseada em nanofios compartilhada depende de nossa capacidade de entrar em contato elétrico com nanofios metálicos individuais e excitar com eficiência os polaritons de plasmonde superfície 5 neste suporte de informações. Neste artigo, descrevemos um protocolo para trazer terminais elétricos para nanofios de prata sintetizados quimicamente6 distribuídos aleatoriamente em um substrato de vidro7. As posições das extremidades dos nanofios em relação aos pontos de referência predefinidos são localizadas com precisão usando microscopia de transmissão óptica padrão antes do encapsulamento em uma resistência sensível a elétrons. As trincheiras que representam o layout do eletrodo são posteriormente projetadas por litografia de feixe de elétrons. Os eletrodos de metal são então fabricados por evaporação térmica de uma camada de Cr / Au seguida por uma decolagem química. Os nanofios de prata contatados são finalmente transferidos para um microscópio de radiação de vazamento para excitação e caracterização de plasmons de superfície8,9. Os plasmons de superfície são lançados nos nanofios focalizando um feixe de laser infravermelho próximo em um ponto limitado por difração que se sobrepõe a uma extremidade do nanofio5,9. Para nanofios suficientemente grandes, o modo plasmon de superfície vaza para o substrato de vidro9,10. Essa radiação de vazamento é prontamente detectada, fotografada e analisada nos diferentes planos conjugados na microscopia de radiação de vazamento9,11. Os terminais elétricos não afetam a propagação do plasmon. No entanto, uma deterioração morfológica induzida por corrente do nanofio degrada drasticamente o fluxo de plasmons de superfície. A combinação de microscopia de radiação de vazamento de plasmon de superfície com uma análise simultânea das características de transporte elétrico de nanofios revela as limitações intrínsecas de tais circuitos plasmônicos.

Figura 2(a) mostra uma micrografia de elétrons em varredura de um nanofio típico de prata com 10 mm de comprimento, sintetizado usando o protocolo descrito acima. A largura do nanofio é de 200 nm, conforme mostrado no detalhe da extremidade esquerda na Figura 2(b). A figura revela claramente a simetria de cinco vezes do crescimento cristalino. Não há defeitos visíveis na superfície do nanofio (por exemplo, dobradiças, partículas, etc.). A síntese resulta em uma ampla di...

Os nanofios de prata podem transportar simultaneamente elétrons e informações ópticas na forma de plasmons de superfície. Um procedimento é descrito aqui para realizar esse circuito compartilhado e as limitações na propagação de ambas as portadoras de informações são avaliadas.

Avaliando plasmônicos Transporte em Prata atual de transporte de nanofios

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

Essa circuitaria plasmônica baseada em nanofios transporta simultaneamente elétrons e plásmons de superfície. Em um suporte de informação compartilhado, inicialmente deposite por gotejamento uma solução coloidal de nanofios de prata sobre uma lamínula de vidro prévia com marcas de alinhamento. Em seguida, utilizando um software de design, selecione as extremidades dos nanofios para fabricar com precisão os eletrodos de contato por litografia com feixe de elétrons.Em seguida, investigue a propriedade dos nanofios de prata em contato sob um microscópio de radiação por vazamento de plasmones de superfície. Os resultados do índice efetivo de plasmones de superfície e do comprimento de propagação podem mostrar a evolução das características dos plasmones de superfície em função da tensão aplicada. Tive inicialmente a ideia de desenvolver este método quando ficou claro que um nanofio cristalino de sete pode ser usado para transportar um comando elétrico e conduzir um sinal óptico simultaneamente.Para demonstrar a excitação de um plasma de superfície em um nanofio, será Ana Cus, engenheira do meu laboratório. Dilua a solução de nanofios em etanol para obter uma densidade de nanofios no substrato de aproximadamente um nanofio a cada 10 micrômetros quadrados. Em seguida, pipete 50 microlitros da solução e deposite-a por gotejamento no substrato pré-PA, secando com jato de nitrogênio.Coloque o substrato revestido com nanofios em um microscópio óptico padrão calibrado e localize com precisão as extremidades de uma série de nanofios isolados de alta qualidade em relação às marcas de alinhamento mais próximas. Utilize as posições medidas dos nanofios para projetar um layout de eletrodos. Incorpore grandes áreas receptoras para conectar sondas de voltagem de tungstênio aos eletrodos.Alcance os nanofios pipetando 160 microlitros de resistência para feixe de elétrons de polimetilmetacrilato. Em seguida, aplique por spin coating o substrato coberto com nanofios com estes parâmetros sucessivos de revestimento. Incube a amostra a 170 graus Celsius por 10 minutos.Repita o processo para uma segunda camada de resistência utilizando o mesmo feixe de elétrons. Resistência para ambas as camadas. Agora, deposite por pulverização catódica uma fina camada condutiva de ouro sobre a amostra.Transfira a amostra para um microscópio de feixe de elétrons equipado para litografia utilizando uma gaiola de Faraday. Meça a corrente do feixe. Em seguida, utilizando as marcas de alinhamento, calibre o sistema de coordenadas do microscópio de feixe de elétrons.Exponha a amostra seguindo o layout de design. Defina um tamanho de passo e determine o tempo de permanência por pixel para uma dose específica e corrente de feixe. Agora, desenvolva a amostra usando uma proporção de um para três de metil isobutil cetona com isopropanol durante 45 segundos.Em seguida, para interromper o processo, mergulhe a amostra revelada em isopropanol por mais 45 segundos. Transfira o substrato para um evaporador metálico, operando a uma pressão base de oito vezes 10 à potência negativa oito milibar e uma taxa de evaporação de 0,1 nanômetro por segundo. Deposite uma camada adesiva de dois nanômetros de cromo seguida por 70 nanômetros de ouro. Prossiga com um descolamento químico da amostra utilizando acetona aquecida a 70 graus Celsius por cerca de 1,5 hora.Monte um microscópio de plasma superficial e vazamento, equipado com uma objetiva de alta abertura numérica e uma plataforma piezoelétrica de dois eixos. Para ajustar a posição da amostra, prepare um feixe gaussiano revestido proveniente de um laser de infravermelho próximo. Um comprimento de onda de excitação mais longo proporciona uma distância de propagação de plasma mais longa.Alinhe o feixe no microscópio. Verifique que o diâmetro do feixe colimado preencha completamente a pupila de entrada do microscópio para formar um ponto focal limitado pela difração na interface vidro-ar, utilizando divisores de feixe e uma série de lentes de retransmissão posicionadas em uma porta de saída do microscópio, criando dois planos conjugados com o plano do objeto e com o plano de Fourier, respectivamente. Posicione duas câmeras de dispositivo acoplado por carga nos locais desses planos conjugados. Agora, utilizando o estágio piezoelétrico, alinhe a extremidade de um nanofio em contato selecionado para coincidir com o ponto focal.Ajuste a posição para maximizar o acoplamento de luz no modo de plasma. Conecte uma fonte de alimentação regulada aos contatos receptores dos terminais elétricos com pontas de tungstênio montadas em micromanipuladores mecânicos tridimensionais. Insira um conversor de corrente em tensão de baixo ganho ou um amperímetro no circuito.Em seguida, monitore a polarização aplicada, a corrente que flui através do nanofio e as distribuições de intensidade registradas pelas duas câmeras CCD. Esta micrografia de elétrons de varredura mostra um nanofio de prata típico com 10 micrômetros de comprimento. Uma visão ampliada da extremidade esquerda indica uma largura de 200 nanômetros do nanofio, com simetria quíntupla no crescimento cristalino.Essas micrografias eletrônicas de varredura indicam as marcas de alinhamento litografadas no substrato de vidro. As cruzes rotuladas no centro do campo de escrita servem para localizar com precisão os nanofios depositados aleatoriamente com a ajuda de um microscópio óptico. Esses eletrodos são projetados por litografia com feixe de elétrons em depósitos subsequentes de dois nanômetros de cromo e 70 nanômetros de ouro.Aqui, uma imagem de radiação de vazamento mostra um plasma superficial se desenvolvendo em um nanofio de prata nu, sem conexões elétricas. Observe que a excitação focalizada aparece como uma região com intensidade saturada, sobreposta a uma das extremidades da distribuição de intensidade do nanofio; em seguida, a distribuição foi registrada no plano de Fourier. A posição do índice efetivo do modo de plasma e seu comprimento de propagação são extraídos a partir de um ajuste de Lian aos dados.Esta imagem ilustra a propagação de um modo plasmônico superficial com vazamento em um nanoﬁo de prata eletricamente conectado. Utilizando as informações contidas neste esquema de imagem em plano dual, as propriedades dos plasmas superficiais são então avaliadas quando um fluxo de corrente é estabelecido no nanoﬁo. Esses resultados representativos mostram a evolução das propriedades do plasma superficial com a polarização de tensão aplicada nos eletrodos.A característica tensão-corrente de um nanocondutor de prata mostra sua ruptura induzida por eletromigração. Enquanto isso, o índice efetivo do plasma e a largura total em meia altura são deduzidos a partir de uma análise em quatro planos e são informados para cada tensão de polarização próxima à ruptura elétrica. O plasma não alcança mais a extremidade distal do nanocondutor.Isso é confirmado pelas imagens de radiação de vazamento. Essas micrografias eletrônicas de transmissão de alta resolução mostram a presença de surfactantes na superfície dos nanofios de prata sintetizados, afetando o fluxo de corrente. Essa camada cria uma barreira dielétrica que impede a passagem da corrente através da interface.Esses gráficos mostram as características corrente-tensão para dois nanofios conectados diferentes medidos durante uma varredura inicial de polarização. Saltos súbitos na corrente interrompem as curvas, indicando uma destruição parcial da camada de surfactante localizada entre os eletrodos de ouro e a superfície do nanofio. Um contato ôhmico é estabelecido quando uma varredura subsequente de tensão mostra uma característica linear.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como estabelecer contato elétrico com nanofios metálicos depositados aleatoriamente e de como medir os parâmetros críticos que governam a plasmônica superficial e a propagação nestas guias de onda unidimensionais.

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Engineering

Engenharia

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Avaliando plasmônicos Transporte em Prata atual de transporte de nanofios

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