Engineering

एक नैनो ऑप्टिकल कन्वेयर बेल्ट का निर्माण और ऑपरेशन

Published: August 26, 2015 doi: 10.3791/52842

Jason Ryan¹, Yuxin Zheng¹, Paul Hansen¹, Lambertus Hesselink²

¹Electrical Engineering, Stanford University, ²Applied Physics, Stanford University

Abstract

छोटे कणों पर बलों को फंसाने के लिए ध्यान केंद्रित लेजर बीम का उपयोग करने और लागू करने की तकनीक पिछले कुछ दशकों में nanoscale, जैविक और भौतिक विज्ञान में कई अहम खोजों के लिए सक्षम है। इस क्षेत्र में हुई प्रगति और अधिक आसानी से वितरित और अधिक व्यापक रूप से उपलब्ध कराया जा सकता है कि उपकरणों के साथ, यहां तक कि छोटे प्रणालियों की और एक बड़े पैमाने पर आगे के अध्ययन के लिए आमंत्रित किया। दुर्भाग्य से, विवर्तन के मौलिक कानून फंसाने के लिए कठिन व्यास में एक आधा तरंग दैर्ध्य की तुलना में छोटे कणों में आता है जो एक लेज़र बीम के फोकल स्थान का न्यूनतम आकार को सीमित करने और आम तौर पर एक आधे से भी करीब एक साथ कर रहे हैं जो कणों के बीच भेदभाव करने से एक ऑपरेटर को रोकता है -wavelength। यह कई बारीकी से दूरी नैनोकणों के ऑप्टिकल हेरफेर का निवारण होता है और ऑप्टिकल यांत्रिक प्रणालियों के संकल्प की सीमा। इसके अलावा, ध्यान केंद्रित उपयोग कर मुस्कराते हुए हेरफेर बहुत भारी और महंगा हो सकता है, जो किरण के गठन या स्टीयरिंग प्रकाशिकी, की आवश्यकता है। पता करने के लिएपारंपरिक ऑप्टिकल फँसाने हमारी प्रयोगशाला की प्रणाली scalability में इन सीमाओं एक चिप में कणों को स्थानांतरित करने के लिए पास मैदान प्रकाशिकी इस्तेमाल करता है जो एक वैकल्पिक तकनीक तैयार कर लिया गया है। इसके बजाय अभी तक क्षेत्र में लेजर बीम ध्यान केंद्रित की, plasmonic resonators की ऑप्टिकल निकट क्षेत्र विवर्तन के प्रतिबंध को दूर करने और उच्च संकल्प पर कणों में हेरफेर करने के लिए आवश्यक स्थानीय ऑप्टिकल तीव्रता वृद्धि पैदा करता है। बारीकी से स्थान दिया गया है resonators एक कन्वेयर बेल्ट की तरह फैशन में एक से दूसरे कणों के हाथ से बंद मध्यस्थता करने के लिए संबोधित किया जा सकता है, जो मजबूत ऑप्टिकल जाल का उत्पादन। यहाँ, हम डिजाइन और plasmonic सी के आकार का resonators और कैसे सुपर संकल्प nanoparticle हेरफेर और परिवहन को प्राप्त करने के लिए ध्रुवीकृत प्रकाश लेजर के साथ इसे संचालित करने के साथ नमूनों एक सोने की सतह का उपयोग कर एक कन्वेयर बेल्ट का उत्पादन करने के लिए कैसे का वर्णन है। नैनो ऑप्टिकल कन्वेयर बेल्ट चिप लिथोग्राफी तकनीक का उपयोग कर उत्पादन किया है और आसानी से पैक किया और वितरित किया जा सकता है।

Introduction

कब्जा, पूछताछ और एकल नैनोकणों के हेरफेर नैनो में बढ़ते महत्व के हैं। ऑप्टिकल चिमटी वे इस तरह के एक डीएनए अणु ⁴ और यांत्रिक गुणों की माप के रूप में सफलता के प्रयोगों के लिए सक्षम है, जहां आणविक जीव विज्ञान ^1-4, रसायन शास्त्र ^{में 5-7} और नैनो विधानसभा ^7-10, में प्रयोगों के लिए एक विशेष रूप से सफल हेरफेर तकनीक बन गए हैं उनके ऑप्टिकल गुण ^11,12 द्वारा कोशिकाओं की छंटाई। इन सीमाओं पर खोजों भी छोटे व्यवस्था के अध्ययन के लिए खोलने, और वे नए व्यावहारिक रूप से लाभकारी उत्पादों और तकनीकों के इंजीनियरिंग के लिए रास्ता बनाते हैं। बदले में, इस प्रवृत्ति को नई तकनीकों छोटे, अधिक अल्पविकसित कणों में हेरफेर करने के लिए की जरूरत है ड्राइव। इसके अलावा, के बाहर रासायनिक और जैविक परीक्षण लाने के क्रम में अधिक सस्ते और एक छोटे पैकेज में इन कार्यों को करने के लिए 'प्रयोगशाला पर एक चिप' उपकरणों का निर्माण करने के लिए एक धक्का हैप्रयोगशाला और चिकित्सा और अन्य प्रयोजनों के ^13,14 के लिए मैदान में।

दुर्भाग्य से, पारंपरिक ऑप्टिकल फँसाने (खाट) नैनो की बढ़ती मांग के सभी को पूरा नहीं कर सकते हैं। खाट ऑप्टिकल तीव्रता और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र ऊर्जा के क्षेत्र में उच्च ढ़ाल में एक स्थानीय चोटी बनाने, एक तंग ध्यान करने के लिए लेजर प्रकाश में लाने के लिए एक उच्च संख्यात्मक एपर्चर (एनए) उद्देश्य लेंस का उपयोग के तंत्र पर चल रही है। ये ऊर्जा घनत्व ढ़ाल आम तौर पर ध्यान केंद्रित करने के केंद्र की ओर से उन में आ रही है, जो प्रकाश बिखरने कणों पर एक शुद्ध बल डालती है। छोटे कणों को फँसाने उच्च ऑप्टिकल शक्ति या एक तंग ध्यान देने की आवश्यकता। हालांकि, प्रकाश का ध्यान केंद्रित मुस्कराते हुए फोकल स्थान के न्यूनतम आकार को सीमित करता है और ऊर्जा घनत्व ढाल पर एक ऊपरी सीमा स्थानों विवर्तन के सिद्धांत का पालन करना। कुशलता खाट नहीं कर सकते जाल छोटी वस्तुओं, और खाट, एक फँसाने संकल्प मुसीबत निकट दूरी कणों के बीच भेदभाव है: यह दो तत्काल परिणाम हैसीमा 'मोटी उंगलियों' समस्या के रूप में जाना जाता है। इसके अलावा, खाट के साथ कई कण फँसाने को लागू करने के लिए तेजी से एक ऑप्टिकल फँसाने प्रणाली की लागत और जटिलता में वृद्धि जो बीम स्टीयरिंग प्रकाशिकी या स्थानिक प्रकाश माड्युलेटर्स, घटकों की प्रणाली की आवश्यकता है।

प्रकाश की पारंपरिक ध्यान केंद्रित बीम के मौलिक सीमाओं को नाकाम करने के लिए एक ही रास्ता है, अभी तक क्षेत्र में, के बजाय पास के क्षेत्र में ऑप्टिकल विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा की ढ़ाल का फायदा उठाने के लिए है प्रचार करने के लिए कहा। निकट क्षेत्र में तेजी से दूर विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के स्रोतों से यह अत्यधिक इन स्रोतों के लिए स्थानीय है कि न केवल इसका मतलब है जो decays, लेकिन यह भी अपनी ऊर्जा घनत्व में बहुत अधिक ढ़ाल दर्शाती है। ऐसे bowtie छिद्र, नैनो खंभे, और सी के आकार नक्काशी के रूप में नैनो धातु resonators, के पास के खेतों, पास-infr पर आगे सोने और चांदी के plasmonic कार्रवाई से बढ़ाकर विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा, की असाधारण सांद्रता प्रदर्शन करने के लिए दिखाया गया हैared और ऑप्टिकल तरंगदैर्ध्य। ये resonators उच्च दक्षता और संकल्प ^15-22 में फंसाने के अत्यंत छोटे कणों के लिए इस्तेमाल किया गया है। इस तकनीक के छोटे कणों को फँसाने में कारगर साबित हो गया है, यह भी पास मैदान सिस्टम अभी तक क्षेत्र सिस्टम या microfluidics के साथ इंटरफेस के लिए कर रहे हैं, तो जरूरी है कि जो प्रशंसनीय सीमा पर कणों के परिवहन के लिए अपनी क्षमता में सीमित साबित हो गया है।

हाल ही में, हमारे समूह इस समस्या का समाधान करने का प्रस्ताव किया है। Resonators के बहुत करीब एक साथ रखा जाता है, एक कण सिद्धांत रूप में सतह से रिहा होने के बिना अगले करने के लिए एक के पास मैदान ऑप्टिकल जाल से पलायन कर सकते हैं। आसन्न जाल से दूर अलग पर दिया जा सकता है और यदि परिवहन की दिशा निर्धारित किया जा सकता है। प्रत्येक गुंजयमान यंत्र अपने पड़ोसियों के उस से एक ध्रुवीकरण या हल्के अलग की तरंग दैर्ध्य के प्रति संवेदनशील है, जिसमें तीन या अधिक पता resonators, की एक रैखिक सरणी, nanoparti परिवहन, एक ऑप्टिकल कन्वेयर बेल्ट के रूप में काम करता हैएक चिप पर कई माइक्रोन की दूरी पर Cles।

यह जगह में कणों को पकड़ कर सकते हैं, लेकिन यह भी नमूनों पटरियों के साथ उच्च गति पर उन्हें स्थानांतरित कर सकते हैं, इकट्ठा या कणों को फैलाने के रूप में न केवल तथाकथित 'नैनो ऑप्टिकल कन्वेयर बेल्ट' (NOCB), plasmonic गुंजयमान यंत्र फँसाने योजनाओं के बीच में अद्वितीय है मिश्रण है और उन्हें कतार, और यहां तक कि इस तरह अपनी गतिशीलता के रूप में ²³ गुण द्वारा उन्हें तरह। इन कार्यों के सभी बीम स्टीयरिंग प्रकाशिकी के लिए कोई जरूरत के साथ, रोशनी के ध्रुवीकरण या तरंग दैर्ध्य नियमन द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं। एक के पास मैदान ऑप्टिकल जाल के रूप में, संकल्प फँसाने NOCB पारंपरिक ध्यान केंद्रित बीम ऑप्टिकल जाल की तुलना में अधिक है, तो यह करीब निकटता में कणों के बीच अंतर कर सकते हैं; यह एक अच्छी तरह से फँसाने में प्रकाश ध्यान केंद्रित करने के लिए एक धातु nanostructure का उपयोग करता है, क्योंकि यह बिजली के कुशल है, और इस तरह के एक उच्च एनए उद्देश्य के रूप में महंगा ऑप्टिकल घटकों की आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, कई NOCBs उच्च पैकिंग मांद में, समानांतर में संचालित किया जा सकता है1200 ²³ छिद्र से अधिक चर्चाएं, उसी सब्सट्रेट पर, और बिजली की 1 डब्ल्यू ड्राइव कर सकते हैं।

हमने हाल ही में सुचारू रूप से आगे और पीछे एक 4.5 माइक्रोन ट्रैक ²⁴ के साथ एक nanoparticle पहुंचा, पहले ध्रुवीकरण संचालित NOCB प्रदर्शन किया है। इस लेख में हम ऑप्टिकली, डिवाइस डिजाइन और निर्माण करने के लिए आवश्यक कदम पेश इसे सक्रिय करने और परिवहन प्रयोग पुनरुत्पादन। हम इस तकनीक को और अधिक व्यापक रूप से उपलब्ध बनाने microfluidics, अभी तक क्षेत्र प्रकाशिकी, और nanoscale उपकरणों और प्रयोगों के बीच आकार की खाई को पाटने में मदद मिलेगी।

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Protocol

1. डिजाइन सी के आकार का उत्कीर्णन (सीएसई) ऐरे

सरणी पैटर्न डिजाइन।

चित्र 1
कन्वेयर बेल्ट दोहरा तत्व की चित्रा 1. सीएसई लेआउट। चित्रण। सफल परिवहन घ _Y = 320 एनएम और डी _एक्स = 360 एनएम का उपयोग कर हासिल किया गया है। नक्काशियों के आसन्न जोड़े ऑफसेट एक 60º रिश्तेदार घूर्णी है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

एक तलीय सब्सट्रेट भर कणों के वांछित पथ का निर्धारण।
चित्र 1 में दिखाया गया है एक सीएडी कार्यक्रम का उपयोग करना, मार्ग के किनारे सी के आकार बहुभुज के एक डबल रैखिक सरणी उत्पन्न करने, प्रत्येक जोड़ी में प्रत्येक बहुभुज लगातार। इसकी उत्तल पतवार के बारे में ± 90 ° 30 घुमाया एक कण के खुद वी क्योंकिolume मोटे तौर पर, अपने हैंडऑफ़ सीमा ²² निर्धारित करता लगातार जोड़े को अलग करने से अधिक नहीं एक कण व्यास छोड़ देते हैं, और एक जोड़ी में बहुभुज केंद्रों के बीच इस दूरी का कोई अधिक से अधिक 90% छोड़ दें।
नोट: संदर्भ के लिए, पिछले अध्ययनों 390 एनएम का polystyrene क्षेत्रों में व्यास और ऊपर इस तरह के एक सीएसई सरणी के साथ परिवहन के लिए सबसे उपयुक्त हैं कि संकेत दिया है। 200 एनएम के रूप में छोटे मोती हालांकि नहीं मज़बूती से, चालाकी से किया जा सकता है। हालांकि, 500 एनएम से बड़ा मोती एक केंद्रित रोशनी बीम से मजबूत प्रतिस्पर्धा बलों लग रहा है।

मैक्सवेल के समीकरण को हल करने के लिए एक संख्यात्मक विधि का उपयोग करने वालों पैटर्न के साथ हैंडऑफ़ बलों की जाँच करें। इस के साथ साथ वर्णित प्रक्रिया वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर COMSOL द्वारा कार्यान्वित परिमित तत्व विधि (एफईएम) से संबंधित है, जबकि यह अन्य संख्यात्मक तरीकों और कार्यान्वयन के लिए इस विधि अनुकूल करने के लिए संभव है।
1. तलीय पैटर्न आयामों और ext accommodates जो एक संख्यात्मक विधि ज्यामिति ड्रापैटर्न विमान से नीचे कम से कम 200 एनएम और विमान से ऊपर 600 एनएम समाप्त होता है। विमान के नीचे, तरल पदार्थ चैम्बर प्रतिनिधित्व करने के लिए एक डोमेन सब्सट्रेट प्रतिनिधित्व करते हैं और हवाई जहाज के ऊपर करने के लिए एक डोमेन शामिल हैं। नक्काशी के इंटीरियर का प्रतिनिधित्व करने के लिए 3 डी डोमेन बनाने, सब्सट्रेट में नीचे की ओर तलीय सी के आकार का पैटर्न 150 एनएम बाहर निकालना। वांछित आकार के साथ एक कण डोमेन परिचय दें।
  1. कण के शीर्ष और अनुकरण मात्रा की छत के बीच अंतरिक्ष के कम से कम 200 एनएम है कि वहाँ सुनिश्चित करें और आवश्यक के रूप में अनुकरण विस्तार को समायोजित। जावक विकिरण को अवशोषित करने के अनुकरण के खुले सीमाओं को पूरी तरह से मिलान परतों की मोटाई में कम से कम 500 एनएम जोड़ें।
2. पानी के उन लोगों के लिए इंटरफेस ऊपर डोमेन के विद्युत चुम्बकीय गुण सामग्री सेट, हाइड्रोजन silsesquioxane (HSQ), और गोल के उन लोगों के लिए शेष सामग्री की सामग्री गुणों के उन लोगों के लिए सी के आकार नक्काशी के इंटीरियर की सामग्री गुणघ। Polystyrene के उन या पसंद का एक और सामग्री के कण की सामग्री गुण सेट करें। सादगी के लिए, रैखिक विद्युत चुम्बकीय सामग्री मॉडल का उपयोग करें।
  नोट:। एक नमूना पूर्ण 3 डी ज्यामिति चित्रा 2 में दिखाया गया है इस मामले में, कार्तीय ± एक्स पर पीएमएल सामग्री डोमेन, वाई ±, और + Z सीमाओं क्षेत्रों अनन्तता करने के लिए प्रचार करने का मतलब अवशोषित। पीएमएल मोटाई 5 एक्स 100 एनएम = 500 एनएम के बराबर 5 बार अधिकतम टेट्राहेड्रल जाल तत्व आकार, होना करने के लिए परिभाषित किया गया है।
3. Permittivity ɛ _आर और पारगम्यता μ _आर हाथ में संख्यात्मक solver के लिए आदानों आवश्यक हैं, HSQ, पानी के लिए 1.77, और -52.15 के लिए 1.96 के एक रिश्तेदार permittivity का उपयोग करें - 3.57i सोने के लिए। Permittivity और पारगम्यता के अलावा अन्य एक विद्युत सामग्री संपत्ति के लिए आवश्यक हैं, तो मानक विद्युत चुम्बकीय पहचानों के अनुसार आवश्यक सूचनाओं प्राप्त करने के लिए इन मूल्यों का उपयोग, 1 करने के लिए सभी रिश्तेदार पारगम्यता सेट करें। उचित हस्ताक्षर ओ का उपयोगच संख्यात्मक सॉल्वर के जटिल समय हार्मोनिक साइन कन्वेंशन के अनुसार सोने की काल्पनिक हिस्सा (- मैं टी ω) सम्मेलन में यह ऍक्स्प (+ ऍक्स्प तहत iωt) सम्मेलन और सकारात्मक (के तहत नकारात्मक होना चाहिए)।

चित्र 2
वाणिज्यिक परिमित तत्व विधि सॉफ्टवेयर COMSOL में संख्यात्मक सिमुलेशन ज्यामिति चित्रा 2. सिमुलेशन ज्यामिति। उदाहरण। दो कन्वेयर बेल्ट अवधि के डी _वाई 320 एनएम और डी _एक्स = 360 एनएम और एक 500 एनएम व्यास क्षेत्र = के साथ प्रेरित कर रहे हैं। छायांकित सामग्री क्षेत्रों रहे हैं एक) HSQ, ख) पॉलीस्टीरिन, ग) सोना, और घ) पानी। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

एक अनुकूली टेट्राहेड्रल मीटर के साथ अनुकरण मात्रा discretizeesh। थोक में कोई बड़ा से 100 एनएम के लिए जाल तत्वों की अधिकतम आकार को विवश। इसके अलावा, महत्वपूर्ण संरचनाओं पर शुद्धता बढ़ाने के लिए उत्कीर्णन सतहों पर क्षेत्र की सतह पर 30 एनएम और 30 एनएम के लिए जाल तत्वों की अधिकतम आकार विवश। के बारे में 1.4 की एक मध्यम जाल विकास दर उन क्षेत्रों में जाल तत्व की गुणवत्ता बनाए रखने के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए, और एक न्यूनतम जाल आकार भी अप्रत्याशित अनुकूली जाल व्यवहार को सीमित करने के लिए खंड में परिभाषित किया जा सकता है।
ऑप्टिकल उत्तेजना के लिए, सामान्य रूप से घटना है और नक्काशी और कण अनुपस्थित थे मानो तलीय सोने सब्सट्रेट के बंद परिलक्षित होता है जो 1,064 एनएम के एक मुक्त अंतरिक्ष तरंग दैर्ध्य के साथ एक पृष्ठभूमि हार्मोनिक विमान लहर को परिभाषित। हवाई जहाज की लहर प्रतिबिंब और पारेषण गुणांक की गणना करने के लिए घटना के एक सामान्य कोण पर मूल्यांकन Fresnel समीकरणों का प्रयोग करें। बिजली के क्षेत्र में एक सी के आकार का उत्कीर्णन के रिज के साथ गठबंधन किया है कि इस तरह की इस लहर के ध्रुवीकरण के लिए चुनें। हवाई जहाज की लहर की तीव्रता को सामान्य1 मेगावाट / माइक्रोन ^{से 2।}
सतह से केवल कुछ नैनोमीटर में कण की ऊंचाई लगातार धारण करते हुए अन्य के लिए पथ के एक छोर से कण स्थिति पैरामीटर व्यापक, सिमुलेशन का एक बैच में बिखरे हुए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के लिए समाधान। 5 एनएम के रूप में के रूप में कम ऊंचाई अधिक से अधिक ऊंचाई चिकनी फँसाने क्षमता की भविष्यवाणी करते हुए, बहुत मजबूत फँसाने क्षमता की भविष्यवाणी करने के लिए करते हैं। वास्तव में, ब्राउनियन गति एक वास्तविक कण सतह से ऊपर ऊंचाई की एक किस्म का पता लगाने जाएगा कि यह सुनिश्चित करेंगे।
नोट: कम्प्यूटेशनल संसाधनों और समय संख्यात्मक प्रणाली आकार, संख्यात्मक विधि, और कंप्यूटर हार्डवेयर के साथ अलग अलग होंगे।
दोहराएँ ध्रुवीकरण कोण सापेक्ष 180 ° लिया जाता है, के रूप में अन्य दो ध्रुवीकरण-अलग सी आकृति झुकाव से प्रत्येक के साथ गठबंधन ध्रुवीकरण के लिए 1.2.5 और 1.2.6 कदम।
तीन बैचों में प्रत्येक अनुकरण के लिए, मैक्सवेल-Minkowski तनाव tensor के प्रवाह को एकीकृत करके कण पर शुद्ध बल की गणना पूरी तरह से कण encloses लेकिन किसी भी सामग्री इंटरफेस को पार नहीं करता है, जो एक सतह के माध्यम से।
प्रत्येक ध्रुवीकरण के लिए, 3 चित्र में दिखाया के रूप में कण, प्रत्येक बैच में इस प्रकार है कि पथ पर नकारात्मक शुद्ध ऑप्टिकल बल का अभिन्न एक पथ प्रदर्शन से ऑप्टिकल ताकतों के खिलाफ किए गए कार्य की गणना।

चित्र तीन
चित्रा 3. फँसाने सत्यापन। स्थिर फँसाने सक्रियण राज्यों के ऑप्टिकल संभावित साजिश रचने के द्वारा प्रदर्शन किया जा सकता है। सिर्फ तीन CSEs की एक भी अवधि सादगी के लिए विश्लेषण किया है। दरअसल, समग्र जाल गहराई पर्याप्त है (> 10 कश्मीर _बी टी) प्रत्येक राज्य के लिए सक्रिय उत्कीर्णन पर स्थिर फँसाने के लिए ए, बी, सी और यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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चित्रा 4. Handoff सत्यापन। Handoff अनुक्रम में पुराने (प्रकाश लाल) की ऑप्टिकल क्षमता और नए (चमकदार लाल) सक्रियण राज्यों की साजिश रचने के द्वारा प्रदर्शन किया जा सकता है। सिर्फ तीन CSEs की एक भी अवधि सादगी के लिए विश्लेषण किया है। बी से सी और बी के लिए एक से हैंडऑफ़ के दौरान उन दो स्थितियों के बीच वांछित गति की दिशा में संभावित बाधा नियंत्रित हैंडऑफ़ संभावना है यह दर्शाता है कि विपरीत दिशा में है कि अधिक से दोनों छोटे (1 कश्मीर _बी टी) और छोटा होता है। एक सी से handoff अंतर-जाल बाधा सभी polarizations में बड़े आकार का बना हुआ है, क्योंकि सबसे मुश्किल है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

प्रत्येक ध्रुवीकरण एक के लिए सत्यापित करें, बी, और सी में कम से कम 10 कश्मीर के एक ऊर्जा बाधा है कि वहाँतीन सीएस की प्रत्येक अवधि में संभावित न्यूनतम के दोनों तरफ ऊंचाई में बी टी। संभावित न्यूनतम और बाधाओं के एक दृश्य की पहचान के लिए 3 चित्रा को देखें।
नोट: यह कदम कण स्थिरतापूर्वक आगे और पीछे लंघन के बिना प्रस्तावित कन्वेयर बेल्ट पर फँस जाएगा कि निर्धारित करता है। विद्युत चुम्बकीय तरंगों के linearity और रैखिक सामग्री मॉडल के उपयोग के कारण, ऊर्जा बाधा रोमांचक विमान लहर तीव्रता के लिए आनुपातिक है।
ध्रुवीकरण लगातार एक से घुमाया जा रहा है जब सटे एक जाल और एक कश्मीर _बी टी नीचे बी जाल डुबकी के बीच ऊर्जा बाधाओं कण हैंडऑफ़ दौरान बी की जाँच करें। सी बी से ध्रुवीकरण रोटेशन के लिए दोहराएँ, और सी से ए करने के लिए इन हैंडऑफ़ संक्रमण संभावित न्यूनतम और बाधाओं के एक दृश्य की पहचान के लिए 4 चित्रा को देखें।
नोट: कण मज़बूती से ध्रुवीकरण रोटेशन के दौरान एक जाल बी करने के लिए एक जाल एक से स्थानांतरित किया जाएगा तो यह चरण निर्धारित करता है। कणआसानी से एक गहरी संभावित अच्छी तरह से करने के लिए स्थानांतरित करने के लिए ऊंचाई 1 कश्मीर _बी टी की एक बाधा को दूर करेंगे।
कदम 1.2.10 या कदम 1.2.11 में भी मजबूत है, जो किसी भी ऊर्जा बैरियर में किसी भी अपर्याप्त ऊर्जा बाधा नहीं है, तो डिजाइन को समायोजित। सामान्य में, ऊर्जा बाधाओं को बढ़ाने सी के आकार नक्काशी विभाजित अंतरिक्ष बढ़ाने के लिए। करीब एक साथ नक्काशी लाने के लिए, ऊर्जा बाधाओं को कम करने के लिए। एक साथ बहुत करीब हैं, जो नक्काशी समग्र फँसाने प्रभावशीलता को कम करती है, जो एक दूसरे की गूंज धाराओं को बाधित कर सकता है, के रूप में दो त्वचा गहराई (40 एनएम) की तुलना में करीब एक साथ उन्हें लाने से बचें। दोहराएँ कदम 1.2 ऑप्टिकल संभावित फिर से सत्यापित करने के लिए।

2. सीएसई सरणी के निर्माण

नोट:। प्रक्रिया आरेख चित्रा 5 में दिखाया गया है इस प्रक्रिया में रेफरी में काम से प्रेरित है। 25 और 26।

चित्रा 5। सीएसई प्रक्रिया। प्रक्रिया प्रवाह आरेख। 100 कीव ऊर्जा के साथ ई-बीम लिथोग्राफी विरोध HSQ पर कन्वेयर पैटर्न का पर्दाफाश करने के लिए प्रयोग किया जाता है। HSQ नीचे पतली PMMA परत सी सब्सट्रेट से डिवाइस के अंतिम पट्टी बंद (जारी) की सुविधा के लिए करना है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

एक साफ, पॉलिश सिलिकॉन वेफर मोल और सिलिकॉन लिथोग्राफी प्रक्रियाओं के लिए सुसज्जित एक साफ कमरे के लिए इसे लाने।
सतह पर कार्बनिक प्रदूषण और आक्साइड को हटाने के लिए सिलिकॉन वेफर साफ करें।
1. 1 एच ₂ अतः _4: एक 9 में वेफर विसर्जित एच 100 डिग्री सेल्सियस पर _{2 2} हे समाधान 10 मिनट के लिए। सुविधाओं की आवश्यकता के रूप में कम रासायनिक सुरक्षित और आसान वेफर प्रसंस्करण की अनुमति दे सकता है, हालांकि कम से कम 1 एल की एक स्नान, मजबूत सफाई सुनिश्चित करता है।
2. Wafe डुबकी30 सेकंड के लिए एक एचएफ समाधान: एक 50 में आर। सुविधाओं की आवश्यकता के रूप में कम रासायनिक सुरक्षित और आसान वेफर प्रसंस्करण की अनुमति दे सकता है, हालांकि कम से कम 1 एल की एक स्नान, मजबूत सफाई सुनिश्चित करता है।
3. अच्छी तरह डि पानी के साथ वेफर कुल्ला और यह स्पिन-सूखी।
स्पिन कोट 50 एनएम PMMA (मोटाई महत्वपूर्ण नहीं है)।
1. झुलसाना 30 मिनट के लिए 150 डिग्री सेल्सियस पर वेफर सेंकना।
2. स्पिन कोट 2% 950k पाली मिथाइल methacrylate (PMMA) के साथ एक पॉलिश, स्वच्छ सिलिकॉन वेफर 40 सेकंड के लिए 5000 rpm पर। स्पिन की शुरुआत से पहले वेफर के केंद्र पर विरोध की 20-25 बूंदों लैंडिंग, एक विंदुक के साथ PMMA लागू करें।
3. पोस्ट सेंकना PMMA 2 मिनट के लिए 200 डिग्री सेल्सियस पर hotplate पर विरोध।
स्पिन कोट 150 एनएम HSQ (निम्न कदम के रूप में एक ही दिन)।
1. HSQ नकारात्मक टोन पर स्पिन 1 मिनट के लिए 900 rpm पर विरोध। फिर से स्पिन की शुरुआत से पहले वेफर के केंद्र पर विरोध की 20-25 बूंदों लैंडिंग, एक प्लास्टिक विंदुक के साथ HSQ लागू करें।
2. पोस्ट सेंकना HSQ hotpl पर विरोध2 मिनट के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर खा लिया।
बेनकाब और इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी तकनीक (पिछले चरण के रूप में एक ही दिन में) का उपयोग पैटर्न का विकास। प्रक्रिया रेफरी में PMMA / HSQ दोहरे परत प्रदर्शन से निम्नानुसार है। 27।
1. एक खुराक सरणी में इलेक्ट्रॉन बीम patterning के लिए GDSII प्रारूप करने के लिए सिल्हूट डिजाइन अनुवाद। एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत nanostructures पहचान करने के क्रम में आकार में कम से कम 5 माइक्रोन हैं जो संरेखण के निशान और एनोटेशन शामिल करें। खुराक सरणी 800-4,000 μC / ² सेमी से लेकर चाहिए।
2. 100 केवी की गति तेज वोल्टेज पर सरणी और 500 फिलीस्तीनी अथॉरिटी के एक वर्तमान पैदा करता है जो 60 माइक्रोन का एक छेद, बेनकाब करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी जोखिम उपकरण का उपयोग करें। कम में तेजी voltages के अनुसार समायोजित कर रहे हैं बीम वर्तमान, खुराक, और निकटता पैटर्न सुधार प्रदान की तहत इलेक्ट्रॉन बीम जोखिम भी संभव है।
3. एक 2.2% tetramethylammonium हाइड्रॉक्साइड में वेफर जलमग्न द्वारा उजागर HSQ का विकास (TMAH) डे90 सेकंड के लिए veloper समाधान। धीरे डेवलपर पकवान हर 10 सेकंड jostling द्वारा समाधान आंदोलन। विकास के समय बीत जाने के बाद, तुरंत 60 सेकंड के लिए पानी के साथ सतह निस्तब्धता द्वारा विकास को रोकने के।
कोट मैग्नेट्रान sputtering द्वारा मोटाई में तांबा 1,000 एनएम की एक परत द्वारा पीछा मोटाई में सोना 200 एनएम की एक परत,। जिसका सोने sputtering दर लक्ष्य मोटाई 20% के भीतर प्राप्त किया जाता है, ताकि calibrated किया गया है एक sputtering उपकरण का उपयोग करने के लिए सुनिश्चित करें। Sputtering दरों उपकरणों के बीच अलग अलग होंगे। तांबे में overshoot है के रूप में सोने की मोटाई में overshoot, स्वीकार्य है।
यूवी का इलाज epoxy के साथ नमूनों सब्सट्रेट पर एक 1 सेमी एक्स 1 सेमी वापस क्वार्ट्ज प्लेट गोंद।
1. नमूनों डिवाइस क्षेत्र को कवर एक 1 सेमी एक्स 1 सेमी वर्ग में नमूने के तांबा पक्ष पर यूवी का इलाज epoxy की एक बूंद भी बिखरा हुआ है।
2. यह पूरी तरह से नमूनों डिवाइस क्षेत्र शामिल हैं, यकीन है कि तांबे की सतह के लिए एक क्वार्ट्ज / ग्लास वापस प्लेट लागू करें।
3. ओ रखोn यूवी सुरक्षा चश्मे।
4. एक स्तर की सतह पर वापस थाली और वेफर बाकी है, और लगभग 30 मिनट के लिए एक यूवी बाढ़ दीपक के साथ ऊपर से epoxy रोशन।
5. यूवी बाढ़ दीपक को बंद कर दें और ठीक हो नमूना हटा दें।
एक एसीटोन स्नान में सिलिकॉन सब्सट्रेट से डिवाइस जारी।
1. एक तेज चाकू का प्रयोग, कट दो धातु परतों और सिलिकॉन वेफर ऊपर PMMA परत के माध्यम से सभी तरह से घुसना करने के लिए काफी गहरी है, यकीन है कि वापस क्वार्ट्ज थाली के चारों ओर एक चिकनी, बंद रास्ते स्कोर।
2. 6-8 घंटे के लिए एक एसीटोन स्नान में सब्सट्रेट डूब।
3. 8 घंटे के बाद डिवाइस नमूना अभी तक स्वाभाविक रूप से सिलिकॉन वेफर से जारी नहीं किया गया है, तो ध्यान से एक पतली कील या चाकू का उपयोग कर दूर सिलिकॉन वेफर से (क्वार्ट्ज वापस थाली और दोनों धातु परतों सहित) डिवाइस जिज्ञासा।
4. के बारे में 1 मिनट के लिए एसीटोन के साथ जिसके परिणामस्वरूप नमूना कुल्ला और एन ₂ या स्वच्छ हवा के साथ सूखी।
5. वहाँ की गिरफ्तारीधातु या वापस थाली के चारों ओर शेष गोंद की ई किसी न किसी किनारों, ध्यान से एक उस्तरा या प्रयोगशाला कैंची के साथ उन्हें दूर ट्रिम। इस चिप के किनारों के आसपास वर्दी वाष्पीकरण सुनिश्चित करने के द्वारा एक फँसाने प्रयोग के दौरान तरल गतिकी में सुधार होगा।
6. ऑप्टिकल प्रयोगशाला के लिए परिवहन के लिए एक साफ, धूल के सबूत कंटेनर में नमूना स्टोर।

3. नमूना नमूना तैयार

एक फ्लोरोसेंट polystyrene मनका समाधान तैयार है।
1. पानी के 1 मिलीलीटर के लिए उचित मात्रा जोड़कर 1x10 ⁹ / बोलीदाता 1x10 ¹⁰ / मिलीलीटर करने के लिए निर्माता की एकाग्रता से एक फ्लोरोसेंट polystyrene मनका समाधान पतला।
2. नमूना नमूना करने के लिए surfactant के 0.05 मिलीलीटर (octyl फिनोल ethoxylate) जोड़ें। पृष्ठसक्रियकारक किसी भी सतहों के लिए छड़ी करने के लिए कोलाइडयन मोतियों की प्रवृत्ति को कम कर देता है, और यह भी थोड़ा मेजबान तरल पदार्थ का चिपचिपापन बढ़ जाती है।

4. ऑप्टिकल का फोकस जांचनाकॉलम

नोट: तंत्र का एक योजनाबद्ध चित्रा 8 में संदर्भित किया जा सकता है।

नमूना इमेजिंग कैमरे का फोकस जांचना।
1. परीक्षण और जांच के लिए एक नमूनों, स्पेयर, और फ्लैट परावर्तक सतह मोल। संरेखण के निशान के साथ एक डमी नमूना अच्छी तरह से काम करता है।
2. माइक्रोस्कोप पारा दीपक चालू करें और प्रकाश के स्तर स्थिर हो गया है जब तक, तब दीपक शटर खोलने की प्रतीक्षा करें।
3. देखने की माइक्रोस्कोप क्षेत्र में नमूनों के परीक्षण की सतह की जगह और देखें केंद्र के क्षेत्र में अपनी बढ़त ले जाते हैं। प्रकाश तो, ऐपिस के माध्यम से निरीक्षण ऐपिस के माध्यम से देखने के लिए और ध्यान में बढ़त लाने के लिए बहुत उज्ज्वल नहीं है कि सुनिश्चित करने के लिए प्रकाश attenuators समायोजित करें।
4. एक पैटर्न देखने के क्षेत्र के केंद्र में है, इसलिए है कि खुर्दबीन मंच ले जाएँ, और पैटर्न के तीखेपन को अधिकतम करने के लिए ध्यान केंद्रित घुंडी समायोजित।
5. नमूना इमेजिंग कैमरा चालू करने के लिए और चमक और विपरीत समायोजितमाइक्रोस्कोप रोशनी के स्तर।
6. पैटर्न कैमरे के लिए ध्यान में भी है जब तक नमूना कैमरे का फोकस समायोजित करें। पैटर्न दोनों के बीच स्विच जब किसी फोकल समायोजन करने के लिए बिना दोनों कैमरे के ध्यान में रखते हुए और आईपीस में ध्यान में होना चाहिए।
लेजर बीम इमेजिंग कैमरा सब्सट्रेट पर केंद्रित है कि यह सुनिश्चित करने के लिए बीम इमेजिंग स्तंभ जांचना।
नोट: यह पास आईआर लेजर पहले से ही मोटे तौर पर collimated किया गया है कि ग्रहण किया और माइक्रोस्कोप इमेजिंग कॉलम के साथ गठबंधन किया है। एक आईआर सेंसर कार्ड इस संरेखण प्रदर्शन करने के लिए एक उपयोगी उपकरण है। यह ऐसी प्रकाशिकी के सभी स्वचालित रूप से एक ही धुरी पर केंद्रित किया जा सकता है, ताकि एक पिंजरे प्रणाली के रूप में एक पूर्व गठबंधन के समर्थन पर पूरी व्यवस्था का निर्माण करने की सिफारिश की है। अलग किरण और इमेजिंग तरंग दैर्ध्य के लिए डाला dichroic दर्पण मानक हैं, लेकिन सुरक्षा के लिए लेजर तरंग दैर्ध्य की 1% से अधिक रिसाव नहीं करना चाहिए।
1. कमरे में एक शोधकर्ता लेजर safet पर डालता है कि यह सुनिश्चित करेंलेजर आपरेशन (1,064) एनएम के तरंग दैर्ध्य में कम से कम 10 ⁷ के एक विलुप्त होने के साथ वाई चश्मे और लेजर बीम शटर बंद कर दिया है कि यह सुनिश्चित करने।
2. लेजर बिजली की आपूर्ति और शीतलन प्रणाली को चालू करें, लेकिन बंद किरण छोड़ दें। लेजर लाभ माध्यम गर्म।
3. काले चश्मे जगह में हैं और शटर बंद कर दिया पुष्टि होती है, लेजर मोड़ पर है। लेजर बिजली उत्पादन स्थिर हो गया है कि, लेजर के सामने एक किरण ब्लॉक प्लेस और एक बिजली मीटर का उपयोग कर, लेजर बीम का उत्पादन मापने के लिए और सत्यापित करने के लिए शटर खुला। जगह में किरण ब्लॉक रखें।
4. लेजर प्रकाश के हानिकारक स्तर से नमूना इमेजिंग कैमरे की रक्षा करने के लिए, यकीन है कि किरण attenuators एक अलग किरण इमेजिंग कैमरे के लिए शेष किरण ऊर्जा को निर्देशित करने के साथ ही एक dichroic दर्पण, नमूना इमेजिंग कैमरे के सामने जगह में कर रहे हैं। बिजली का केवल एक उदार राशि (10 मेगावाट) से होकर गुजरता है, ताकि इसके अलावा, attenuators या एक ध्रुवीकरण बीम फाड़नेवाला का उपयोग कर लेजर की शक्ति मिलानातंत्र के लिए।
5. किरण ब्लॉक निकालें और किरण तंत्र के माध्यम से यात्रा करते हैं और बीम इमेजिंग कैमरा डिटेक्टर पर गिर करने के लिए अनुमति देते हैं।
6. किरण इमेजिंग कैमरा चालू और चमक को समायोजित करने और लेजर प्रकाश के स्तर के विपरीत।
7. नमूनों परावर्तक के एक व्यापक क्षेत्र लेजर प्रकाश से प्रकाशित किया गया है ताकि लेजर बीम defocus।
8. पैटर्न की सुविधाओं नमूना इमेजिंग कैमरे की सफेद रोशनी छवि के साथ एक साथ ध्यान में हैं जब तक बीम इमेजिंग कैमरे का फोकस समायोजित करें, और देखने के अपने क्षेत्र नमूना इमेजिंग के मद्देनजर क्षेत्र पर केंद्रित है, इसलिए है कि कैमरे का अनुवाद कैमरा। सफेद रोशनी छवि और किरण छवि के बीच ऑफसेट प्रभावी फोकल लेजर और दृश्य तरंग दैर्ध्य के बीच प्रकाशिकी के फोकल लंबाई विसंगति counteracts।
किरण इमेजिंग कैमरे के साथ ध्यान में लेजर लाओ।
1. किरण इमेजिंग कैमरे में calibrated फोकस का प्रयोग, लेजर समायोजितबीम ध्यान केंद्रित यह एक तंग जगह के लिए केंद्रित है, और यह देखने के क्षेत्र के केंद्र में गिर जाता है तो यह है कि किरण का फोकस स्थिति को समायोजित जब तक। एनोटेशन सॉफ्टवेयर या पसंद का एक और विधि का प्रयोग, देखने का नमूना कैमरे के क्षेत्र में बीम के स्थान चिह्नित।
2. लेजर बीम शटर बंद कर दें।

5. जाल और ऑप्टिकल ऊर्जा के साथ नमूना हेरफेर

नोट: तंत्र का एक योजनाबद्ध चित्रा 8 में संदर्भित किया जा सकता है।

छवि फ्लोरोसेंट polystyrene मोती।
1. माइक्रोस्कोप का नमूना धारक में एक स्वच्छ coverslip साथ डमी नमूना और कवर पर्ची बदलें।
2. सूक्ष्म पिपेट के निर्वहन के अंत पर एक टिप प्लेस और पिपेट से पतला फ्लोरोसेंट कण समाधान के 2-4 μl निकाल सकते हैं।
3. धीरे धीरे coverslip पर समाधान का निर्वहन। बुलबुले हैं, तो धीरे समाधान के ड्रॉप पर स्वच्छ हवा बह द्वारा उन्हें हटा दें।
4. सीarefully सोने की सतह के नीचे का सामना करना पड़ के साथ समाधान बूँद के शीर्ष पर डिवाइस जगह है। समाधान डिवाइस के तहत पूरे क्षेत्र भर में फैल चाहिए।
5. गुंजयमान यंत्र सरणी चिप की बढ़त देखने के क्षेत्र के केंद्र के पास इतना है कि खुर्दबीन मंच ले जाएँ। चिप के किनारे पर फोकस स्थापित करना।
6. गुंजयमान यंत्र पैटर्न देखने के क्षेत्र के केंद्र के पास इतना है कि खुर्दबीन मंच अनुवाद। ध्यान में अंधेरा संरेखण के निशान लाकर nanostructures पर ध्यान दें, और resonators खुद को उज्ज्वल परावर्तक पृष्ठभूमि के रूप में काले धब्बे दिखाई देते हैं कि ध्यान दें।
7. जो फ्लोरोसेंट मोती 'अवशोषण शिखर करने के लिए इसी है कि अधिक से सभी रंगों अन्य ब्लॉकों पारा दीपक के सामने एक संकीर्ण बैंड पास फिल्टर डालें।
8. जो फ्लोरोसेंट मोती 'उत्सर्जन चोटी करने के लिए इसी है कि अधिक से सभी रंगों अन्य ब्लॉकों नमूना इमेजिंग कैमरे के सामने एक संकीर्ण बैंड पास फिल्टर डालें।
9. वीं की फ्लोरोसेंट छवि लाओउनकी व्यक्तिगत रूप से यादृच्छिक ब्राउनियन गति के खिलाफ उनके सामूहिक औसत बहाव वेग ध्यान देने योग्य बात ध्यान में ई मोती,। मोती 'औसत बहाव वेग कम से कम 10 माइक्रोन / सेकंड के लिए धीमा कर देती है जब तक प्रतीक्षा करें।
  नोट: चिप के वजन के नीचे तरल पदार्थ के गतिशील निपटाने बलों के लिए, जाहिरा तौर पर स्पष्ट धाराओं के कारण हो सकता चिप के किनारों पर वाष्पीकरण के लिए, और कारण नमूना तरल पदार्थ में (माइक्रोन / s या अधिक के दसियों)। वाष्पीकरण चिप की बढ़त के साथ भी असममित नहीं है, तो इन धाराओं के अंत में एक प्रयोग करने के लिए स्वीकार्य स्तर तक कम होगा।
फंसाने के लिए लेजर बीम ध्यान केंद्रित एक polystyrene मनका का प्रयोग करें।
1. सभी शोधकर्ताओं उचित लेजर सुरक्षा चश्मे पर डाल दिया है कि यह सुनिश्चित करें, और लेजर बीम शटर रखते हुए बंद कर दिया गया है, जबकि उसके बाद लेजर मोड़ पर है। लेजर उत्पादन 10 मेगावाट से भी कम है कि सुनिश्चित करें। लेजर विकिरण को रोकता है जो जगह में एक किरण ब्लॉक के साथ बीम उत्पादन के परीक्षण के द्वारा लेजर शक्ति स्थिर हो गया है कि यह सुनिश्चित करेंमाइक्रोस्कोप में प्रवेश करने से।
2. लेजर शक्ति स्थिर हो गया है एक बार, किरण ब्लॉक को हटाने और किरण छवि में लेजर स्थान पर ध्यान दें। मौके ध्यान से बाहर है, तो कम से कम जगह फोकस हासिल की है, जब तक लेजर ध्यान समायोजित।
3. पर्याप्त attenuators किरण डिटेक्टर संतृप्ति को रोकने के लिए बीम छवि के सामने रखा जाता है कि सुनिश्चित करते हुए एक बहती मनका बीम फोकस पर स्थिरतापूर्वक कब्जा किया जा सकता है, जब तक धीरे-धीरे लेजर बिजली उत्पादन बढ़ाने के लिए। खुर्दबीन मंच स्कैनिंग बंद-केंद्र है, जो एक मनका फँसाने में सहायता कर सकते हैं।
4. फंस मनका पर या नमूना छवि में लेजर फोकस स्थिति पर नज़र रखने के लिए पहले दिए गए निशान के पास स्थित है की जाँच करें। मनका स्थिति और लेजर फोकस निशान के बीच एक अंतर है, तो नए मनका स्थिति मैच के लिए लेजर फोकस निशान सही।
5. यह ध्यान में पूरी तरह से है जब किरण मौके व्यास FWHM में 9 माइक्रोन के लिए विस्तार किया गया है जब तक अब, किरण पथ के लिए बनाया किरण ठेकेदार को समायोजित। एक के रूप में इस उपायकिरण छवि में बीम स्थान के केंद्र के माध्यम से सीधे तीव्रता पार अनुभाग।
6. मूल फंस मनका इस समायोजन के दौरान खो गया था, तो एक और मनका के लिए और जाल खोज करने के लिए अनुवाद चरण का उपयोग करें।
  1. बीम स्थान को चौड़ा करने के कारण (एक कम तीव्रता ढाल करने के लिए) ऑप्टिकल जाल डी-स्थिर हो गया है, तो स्थिर ऑप्टिकल फँसाने प्राप्त करने के लिए आवश्यक के रूप में किरण शक्ति में वृद्धि। फोकल स्थान आकार में वृद्धि दूर अपने मूल स्थान से बीम का केंद्र ले जाया गया है, तो किरण केंद्र के रूप में नमूना छवि में फंस मनका की औसत स्थिति फिर से निशान।
पास मैदान फँसाने की स्थापना और एक सी के आकार का उत्कीर्णन सरणी पर एक polystyrene मनका हेरफेर।
1. पृष्ठभूमि रोशनी दीपक चालू करें और सब्सट्रेट पैटर्न फ्लोरोसेंट मोतियों की छवियों के पीछे की पृष्ठभूमि में देखा जा सकता है जब तक अपनी शक्ति में वृद्धि।
2. शिथिल-केंद्रित बीम द्वारा फँस एक मनका के साथ, खुर्दबीन मंच टी का उपयोगओ resonators की एक सरणी के अंत में फंस मनका के पीछे सीधे देखा जा सकता है, ताकि सब्सट्रेट पैटर्न चलते हैं। मनका के यादृच्छिक ब्राउनियन गति काफी कम हो जाता है, इस मनका एक उत्साहित गुंजयमान यंत्र के निकट क्षेत्र से फंस गया है इसका मतलब है।
  नोट: मनका अभी तक ऑप्टिकल निकट क्षेत्र से फंस नहीं किया गया है, मनका नीचे plasmonic गुंजयमान यंत्र सरणी की स्थिति को समायोजित। यह समायोजन बेहतर लेजर प्रकाश की वर्तमान ध्रुवीकरण के साथ गठबंधन किया है, जो एक गुंजयमान यंत्र के साथ घनिष्ठ संपर्क में मनका ला सकता है। इस प्रक्रिया के पास मैदान फँसाने के लिए प्रेरित नहीं करता है, बीम फोकस थोड़ा सब्सट्रेट विमान से ऊपर हो सकता है। फोकल स्थान सब्सट्रेट की सतह दृष्टिकोण तो यह है कि इस मामले में, थोड़ा लेजर ध्यान समायोजित।
3. छोटे से मंच और लेजर फोकस समायोजन के बाद मनका अभी भी अभी तक ऑप्टिकल निकट क्षेत्र से फंस नहीं किया गया है, शुरू, सब्सट्रेट पर एक और सरणी खोजने के लिए और के पास मैदान फँसाने प्रक्रिया को दोहरानेकदम 5.3.2 के साथ।
  नोट: निर्माण दोष गुंजयमान यंत्र प्रदर्शन में दोनों व्यवस्थित और यादृच्छिक बदलाव का कारण। गैर कामकाज गुंजयमान यंत्र सरणियों निर्माण परिणाम पूरी तरह से विशेषता किया गया है जब तक आम हैं और repeatable रहे हैं।
4. लेजर स्थान के केंद्र कन्वेयर के केंद्र के पास अधिक रहता है, ताकि एक बार फँसाने स्थापित किया गया है के पास मैदान, माइक्रोस्कोप अनुवाद चरण के लिए कदम। यह कार्रवाई केवल छोटे समायोजन इस तरह से बनाया जा सकता है, ताकि ध्यान केंद्रित लेजर के केंद्र के साथ-साथ मनका खींचने के लिए करते हैं जाएगा। एक मनका उखाड़ फेंकना हो जाता है, गति को कम। इस के पास मैदान जाल द्वारा संतोषजनक बीम विस्थापन की राशि है।
5. पिछले चरण में थोड़ा किरण विस्थापित करने के बाद, रेखीय ध्रुवीकरण के कोण से बारी बारी से करने के लिए लेजर किरण पथ में रखा एक आधे लहर थाली बारी बारी से। इस फ्लोरोसेंट मनका में सरणी और लाती नियंत्रित, रेखीय गति नीचे एक दृश्य में resonators को सक्रिय करता है। एक मोटर चालित रोटरी मंच वह कर सकते हैंएल.पी. आधे लहर थाली में अधिक स्थिर रोटेशन और इसलिए अधिक स्थिर मनका प्रस्ताव का उत्पादन।
6. अपनी स्थिति पर मनका और कब्जा डेटा की प्रगति को ट्रैक पृष्ठभूमि रोशनी दीपक बंद कर देते हैं और मनका गति के तख्ते पर कब्जा करने के लिए एक वीडियो पर कब्जा उपयोगिता का उपयोग करें। कण गति के बाद के प्रसंस्करण प्रदान की MATLAB स्क्रिप्ट का प्रयोग कर प्राप्त किया जा सकता है।

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Representative Results

चित्रा 7 अंतिम डिवाइस की एक तस्वीर है। 1 सेमी एक्स 1 सेमी सोने की सतह के केंद्र में मुश्किल से एक angled दृष्टि से देखा जा सकता है जो सीएसई और कन्वेयर पैटर्न, मैट्रिक्स है। 6 अंतिम डिवाइस पर एक उदाहरण सीएसई पैटर्न के एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी छवि है चित्रा।

लंबाई में एक नैनो ऑप्टिकल कन्वेयर बेल्ट 5 माइक्रोन भर में यात्रा कर रहे एक 390 एनएम polystyrene मनका के कण गति 9 चित्रा में दिखाया गया है। वक्र लेजर ध्रुवीकरण कोण के एक समारोह के रूप में कण की स्थिति से पता चलता है। प्रोटोकॉल में उल्लेख किया है, परिवहन सफल नहीं करता है या पास मैदान फँसाने आरंभ नहीं करता है, जहां मामले हो सकते हैं। कार्रवाई का सर्वोत्तम कोर्स बेहतर स्थिति में हो सकता है, जो एक अलग तरीके की कोशिश करने के लिए है।

सीएसई एर के चित्रा 6 SEM छविरे। सीएसई पैटर्न की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) छवियों। (क) विरोध के विकास के बाद HSQ mesas की तस्वीर दिखाता है। नमूना SEM के निरीक्षण के लिए एक आयोजन परत के रूप में 5 एनएम सोने के साथ sputtered है। (ख) -। नमूना सिलिकॉन सब्सट्रेट से रिहा होने के बाद (ग) अंतिम पैटर्न दिखा यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
अंतिम डिवाइस के 7 चित्रा सीएसई सरणी चिप। पिक्चर, आयाम में मोटे तौर पर 10 मिमी x 10 मिमी। चित्र डिवाइस के सामने सोने की सतह से पता चलता है। आईडी चिह्नों झंझरी से विवर्तन चिप के केंद्र के पास बहु रंग वर्गों के रूप में दिख रहा है। सीएल करेंयह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ Ick।

आंकड़ा 8
8. प्रयोगात्मक उपकरण चित्रा। प्रयोगात्मक उपकरण के योजनाबद्ध। फँसाने और इमेजिंग दोनों प्रतिबिंब मोड में प्रदर्शन कर रहे हैं। अलग तरह के प्रकाश रास्तों अलग अलग रंग का उपयोग करते हुए प्रतिष्ठित हैं। लाल धराशायी, हरे, लाल, नीले और पीले रंग की लाइनों ऑप्टिकल फँसाने (कन्वेयर ड्राइविंग), फ्लोरोसेंट इमेजिंग, लेजर इमेजिंग, फ्लोरोसेंट उत्तेजना और क्रमश: उज्ज्वल क्षेत्र रोशनी के प्रकाश पथ का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

9 चित्रा। मनका प्रक्षेपवक्र ओवर डबल रेल कन्वेयर। 4.5 माइक्रोन लंबी डबल रेल कन्वेयर बेल्ट पर चलती एक 390 एनएम मनका के लिए ध्रुवीकरण कोण बनाम स्थिति। प्रत्येक कन्वेयर अवधि के बाद क्षेत्र के लिए छोड़ दिया शो स्नैपशॉट पर छवियां। सही पर वक्र मनका केन्द्रों की गणना की स्थिति बताते हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

NOCB केवल पारंपरिक ध्यान केंद्रित बीम तकनीक के लिए लंबे समय तक उपलब्ध कणों, परिवहन के लिए मजबूत फँसाने बलों और क्षमता के साथ plasmonic दृष्टिकोण के छोटे जाल आकार को जोड़ती है। NOCB के लिए अद्वितीय, प्रणाली के फँसाने और परिवहन गुण सतह की आकृति का परिणाम होते हैं और न रोशनी बीम को आकार देने का। बशर्ते रोशनी काफी उज्ज्वल है और इसके ध्रुवीकरण या तरंग दैर्ध्य, संग्राहक जा सकता है कणों आयोजित या सतह पर जटिल प्रोटोकॉल में ले जाया जा सकता है। हम एक NOCB भी तेजी से तरह अपनी गतिशीलता ²³ के आधार पर कणों कर सकते हैं कि अनुकरण के माध्यम से प्रदर्शन किया है। पास मैदान जाल एकल अणु रसायन शास्त्र के लिए के रूप में छोटे प्रतिक्रिया मात्रा में सेवा कर सकते हैं, और NOCB के निहित parallelizability यह सेट अप, प्रदर्शन और एक चिप पर पैक किया और कम से प्रबुद्ध किया जा सकता है के रूप में एक साथ कई प्रयोगों नीचे फाड़ करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है इसका मतलब एक बार।

, के पास मैदान ओ काम करने के लिए NOCB प्राप्त करने के लिएपकड़ और नैनोकणों से हाथ कि ptical बलों अन्य कणों और सब्सट्रेट के साथ ही चिपचिपा खींचें, पारंपरिक ऑप्टिकल फँसाने (रोशनी बीम की शक्ति), thermophoresis, और संपर्क बलों की होड़ ताकतों को दूर करना होगा। पास मैदान ऑप्टिकल बल एक दिया रोशनी सत्ता के लिए संभव के रूप में के रूप में मजबूत होना चाहिए; इस सावधान nanostructure डिजाइन और निर्माण की आवश्यकता है, लेकिन व्यवहार में हम दी रोशनी तरंग दैर्ध्य के लिए सबसे अच्छा काम करता है कि एक का चयन करने के लिए अलग विशेषता आकार के साथ संरचनाओं की एक श्रृंखला का उत्पादन करने की आवश्यकता है। चिपचिपा खींचें और thermophoresis के रूप में अच्छी तरह से दबा दिया जाना चाहिए: वे के पास मैदान ऑप्टिकल जाल से बाहर कणों खींचने में सक्षम नहीं हो सकता है, वे निश्चित रूप से यह मुश्किल पहली जगह में NOCB सरणी पर एक कण पाने के लिए कर सकते हैं।

नमूना पहले खुर्दबीन के नीचे रखा जाता है, कणों की मात्रा में समान रूप से वितरित करने और बहुत कम ही सीएसई सरणी के पास आ जाएगा। (Calcuरिश्तों एक कण सतह से संपर्क के नैनोमीटर फंसे होने के कुछ दसियों के भीतर स्थानांतरित करना होगा कि संकेत मिलता है।) रोशनी शुरू में चालू होने पर, सीएसई सरणी तुरंत गर्मी और दूरी पर कणों repels कि पानी में एक थर्मल ढाल पैदा करेगा कई सौ नैनोमीटर की। इस बाधा सीएसई की फँसाने क्षेत्र में थर्मल बाधा के माध्यम से कण खींचकर मैन्युअल ध्यान केंद्रित रोशनी किरण के साथ एक दूरी पर एक कण फँसाने, और से दूर है। थर्मल ढाल बहुत अधिक है लेकिन फिर भी इस विधि असफल हो जायेगी। हमारे अनुभव में, तांबे गर्मी सिंक परत के शामिल किए जाने थर्मल बलों पानी से दूर गर्मी ड्राइंग और कमजोर बनाने के लिए महत्वपूर्ण था। तांबे गर्मी सिंक भी पानी सामान्य रोशनी की तीव्रता के तहत फोड़ा जाएगा कि यह कम होने की संभावना है।

एक बहुत छोटे कण पर ऑप्टिकल ढाल बल कण व्यास के घन के रूप में तराजू। यह जाल एक 100 करने के लिए यह बहुत कठिन बना देता हैएक 200 एनएम मनका से एनएम मनका, के बाद से सत्ता में आठ बार-बढ़ती ही राशि के द्वारा सब्सट्रेट हीटिंग वृद्धि की जानी चाहिए। एक व्यावहारिक बात के रूप में हम पहली बार बड़े मोती फँसाने की सिफारिश (400 एनएम या 500 एनएम व्यास), जाल ताकत के अनुकूलन और प्रतिस्पर्धा बलों को कम करने, और उसके बाद फँसाने और छोटे कणों की परिवहन का प्रयास।

नमूना तैयार किया गया है एक बार कणों को स्वतंत्र रूप से पानी में तैर रहे हैं, के रूप में प्रयोगों में लंबे समय के रूप में किया जा सकता है। जल किनारों के साथ वाष्पीकरण द्वारा नमूना बाहर निकालता है। हमारी प्रयोगशाला में इस प्रयोग पर एक मोटे तौर पर 20 मिनट समय सीमा डालता है। पानी के नमूने के किनारों के लिए तैयार है के रूप में वाष्पीकरण भी एक प्रतिस्पर्धा चिपचिपा खींचें बल में परिणाम कर सकते हैं। नमूना ऐसे तुला-अप धातु किनारों या कांच की स्लाइड पर फ्लैट झूठ बोल से रोकने कि spikes के रूप में किसी न किसी तरह सुविधाओं की है, तो पानी का अधिक से अधिक उजागर सतह क्षेत्र वाष्पीकरण गति देगा। एक तरफ अन्य की तुलना में अधिक है, तो वाष्पीकरण की ओर झुका हुआ हो जाएगायह कठिन है, देखते हैं पर कब्जा है और कणों धारण करने के लिए कर रही है, बड़ा नमूना स्लाइड की खाई और nanostructures में तेजी से कदम होगा तरल पदार्थ के साथ कंधे है।

एक एकल NOCB आगे कोई रोशनी बीम की चौड़ाई में कणों के परिवहन लेकिन कर सकते हैं। किरण तीव्रता दूर चला जाता है के रूप में, ध्यान केंद्रित बीम से बहाल बल मजबूत होती है और ध्रुवीकरण रोटेशन इसे आगे बढ़ने से कण को रिहा करने के लिए और अधिक होने की संभावना है जब तक NOCB हैंडऑफ़ बल, कमजोर बढ़ता है। अब कन्वेयर या अधिक समानांतर कन्वेयर करने के लिए विस्तार के लिए, रोशनी क्षेत्र में वृद्धि की जानी चाहिए। एक शक्तिशाली, defocused लेजर डायोड इन प्रयोगों में इस्तेमाल लेजर की तुलना में एक बहुत बड़े क्षेत्र को सत्ता सकता है। वैकल्पिक रूप से रोशनी क्षेत्र तेजी से एक acousto ऑप्टिक झुकानेवाला का उपयोग कर बीम को स्कैन करके बढ़ाया जा सकता है।

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Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
HSQ e-beam resist	Dow Corning	XR-1541-006
PMMA	MicroChem	950A2 M230002
Fast curing optical adhesive	Norland Optical Adhesive	NOA 81
Fluorescent carboxyl microspheres	Bangs Laboratories	FC02F, FC03F
Fluorescent carboxylate-modified microspheres	Molecular Probes	F-8888
Quartz slide	SPI Supplies	1020-AB
Inverted fluorescent microscope	Nikon	ECLIPSE TE2000-U
Nd:YAG laser	Lightwave Electronics	221-HD-V04
sCMOS camera	PCO	EDGE55
CCD camera	Watec	WAT-120N
Zero-order half-wave plate	Thorlabs	WPH05M-1064
Triton X-100	Sigma-Aldrich	T8787
Distilled water	Invitrogen	10977-023
Si Wafer	Silicon Quest International	708069
Optical lenses	Thorlabs

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References

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Engineering

एक नैनो ऑप्टिकल कन्वेयर बेल्ट का निर्माण और ऑपरेशन

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