Summary
Bu iletişim kuralı için uyarma belirlenmesi ve oranları Bloch benzeri yüzey plasmon polaritons periyodik diziler doğan arasındaki ışık yayıcılar kaplin araçları açıklar.
Abstract
Uyarma ve metalik periyodik diziler zaman çözüldü teknikleri içeren olmadan doğan oranları arasında ışık yayıcılar ve yüzey plasmon polaritons (SPP'ler) kaplin ölçmek için benzersiz bir yöntem geliştirdik. Biz oranları basit optik ölçümler tarafından ölçülen miktarlarda tarafından formüle. Açı ve polarizasyon çözüldü yansıtırlık ve photoluminescence spektroskopisi temel araçları burada ayrıntılı olarak açıklanacaktır. Bizim rutin optik ve mekanik aşamalarında birkaç gerektirir ve böylece araştırma laboratuvarları çoğu için son derece uygun fiyatlı olan basitliği nedeniyle ilginç bir yaklaşımdır.
Introduction
Yüzey plasmon aracılı Floresan (SPMF) büyük ilgi aldı Geçenlerde1,2,3,4,5,6. Yakın bir Plazmonik sistemi hafif yayıcılar yerleştirildiğinde, enerji yayıcılar ve yüzey plasmon polaritons (SPP'ler) arasında aktarılabilir. Genel olarak, güçlü Plazmonik alanları şiddetle yayıcılar2uyarma geliştirebilirsiniz. Aynı zamanda, emisyon oranı da büyük yoğunluk-of-bilinen Purcell etkisi3verimli SPP'ler tarafından oluşturulan Birleşik nedeniyle arttırılır. Bu iki süreç SPMF üreten elinde çalışır. Şu anda yoğun soruşturma altında SPMF katı hal aydınlatma1,4,5ve biyo-algılama6, hasat enerji çok sayıda uygulamaları teşvik vardır gibi. Özellikle, enerji aktarım hızlarını SPP'ler yayımlayıcıları ve tersi, Yani, üzerinden bilgi uyarma fiyatlar, kaplin ise büyük önem taşımaktadır. Ancak, uyarma ve emisyon işlemleri genellikle birlikte dolaşmış, bu yönü üzerinde çalışma hala eksik. Örneğin, çalışmaların en sadece sadece emisyon ve SPP'ler7olmadan karşılaştırır uyarma verimlilik oranı belirler. Uyarma oranı tam ölçüm yok. Öte yandan, geleneksel zaman-gibi floresan ömür boyu Spektroskopi teknikleri rutin emisyon işlemi dinamikleri eğitimi için kullanılır, ancak bağlantı hızı toplam çürüme oranı8ayrı edemiyoruz çözüldü. Burada, biz nasıl kimse onları hızı denklemi modeli ve zamansal eşleşmiş modu teori9,10birleştirerek belirleyebilirsiniz açıklar. Dikkat çekici, hangi-ebilmek var giriş açısı ve polarizasyon çözüldü yansıtırlık ve photoluminescence spektroskopisi gerçekleştirerek ölçülebilir miktarları açısından uyarma ve oranları kaplin ifade edilebilir bulmak. Biz ilk formülasyonu anahat ve araçları ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Bu yaklaşım tamamen frekans etki alanı tabanlı ve o does değil istemek gibi ultra-hızlı lazerler ve pahalı ve bazen8, uygulamak zor ilişkili süre tek foton sayaçları, herhangi bir zaman karar vermek aksesuarları edilmiştir 11. biz uyarma belirleme ve oranları rezonans boşlukları arasındaki ışık yayıcılar kaplin için sağlayan bir teknoloji olması için bu tekniği bekliyorlar.
Periyodik sistemlerindeki SPMF burada hakkında bilgi verdi. Nerede Bloch gibi SPP'ler oluşturulabilir, doğrudan uyarma ve emisyon, dışında uyarma verimliliği η ve spontane emisyon oranı Γrtarafından karakterizedir, periyodik bir Plazmonik sistemi için gelen SPP'ler tarafından yayımlayıcıları heyecanlı ve giden SPP'ler çürüme. Başka bir deyişle, rezonans uyarma altında gelen SPP'ler yayımlayıcıları enerji güçlü Plazmonik alanları oluşturmak için oluşturulur. Yayımlayıcıları heyecanlı olduğunda, onlardan enerji için gelişmiş emisyon sebebiyet veren hangi daha sonra radiatively uzakta-tarla için dağıtmak, giden SPP'ler, aktarılabilir. Onlar SPMF tanımlar. Geri devletlere zemin foton emisyon tanımlanan dalga boylarında, eşlik, elektron çürüme emisyon tanımlar, ancak basit iki düzeyli yayıcılar için uyarma elektron artan geçiş heyecanlı Birleşik yere ifade eder heyecanlı ve zemin durumlarındaki enerji fark tarafından. Uyarma ve emisyon SPMF için gelen ve giden SPP'ler9 heyecanlandırmak için Denklem eşleşen tanınmış faz yerine getirmek için gerekli koşullar
(1)
Burada εbir ve εm dielektrik ve metal dielektrik sabitleri vardır, θ ve φ olay ve azimut açıları vardır, P dizi dönemidir, λ uyarma veya emisyon dalga boyu ve m ve n sırasını belirten tamsayı vardır SPP'ler. Uyarma için lazer ışını uçak-wavevector Bragg dağınık gelen SPP'ler ile ivme maç için ve θ ve φ birlikte, elektronik emilimi artırmak için SPP'ler heyecan verici için belirtilen olay yapılandırmasını tanımlayan olacak uyarma dalga boyu λex. Aynı şekilde, emisyon için giden SPP'ler reversely ışık satırıyla eşleşecek şekilde Bragg dağınık ve açıları, şimdiemdalga boyu λ emisyon mümkün emisyon salgılarını temsil olacak. Ancak, kaydetti yayıcılar için vektörel yayılıyor SPP'ler ile enerji çift gibi 
aynı büyüklükte olan 
ama SPP'ler farklı yönlere, çürüme (m, n) çeşitli kombinasyonu için uzakta-tarla aşağıdaki EQ (1) üzerinden.
Hızı denklemi modeli ve zamansal eşleşmiş modu teorisi (CMT) kullanarak, bu uyarma oranı Γex, Yani, SPP'ler gelen enerji aktarım hızı yayımlayıcılarına bulmak,9,12,13 ifade edilebilir
(2)
η gelen SPP'ler yokluğu söz konusu doğrudan uyarma oranıdır, Γtot gelen SPP'ler toplam çürüme oranı nerede 
hangi Γabs ve Γrad içinden emme ve SPP'ler, ışınımsal çürüme oranları olduğunu ve 
photoluminescence güç oranı ve gelen SPP'ler olmadan. Öte yandan, bağlantı hızı Γc, Yani, SPP'ler için yayıcılar gelen enerji aktarım hızı olarak yazılabilir:
(3)
Γr doğrudan emisyon oranı, olduğu yerde 
photoluminescence güç oranı arasında αth SPP aracılı çürüme ve doğrudan bağlantı noktaları ve Γradα ve Γtot αinci liman için ışınımsal çürüme oranları ve toplam çürüme oranları. Biz tüm SPP çürüme oranları yansıtırlık spektroskopisi tarafından ölçülebilir iken, emisyon güç oranı photoluminescence spektroskopisi tarafından tespit edilebilir göreceksiniz. Formülasyonları ayrıntılarını başvuru9,10dakika sonra bulunabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Kur girişim litografi
Not: Girişim litografi periyodik diziler12imal için kullanılır. Şematik yapısı Şekil 1' de gösterildiği gibi aşağıdaki gibi oluşturulmuştur:
- A 13 X UV objektif lens ve 50 mikron iğne deliği içinden mekansal filtre temizleme modu için temel geçmek için HeCd düzenlediği lazer 325 nm lazer odak.
- Daha da ıraksak ışık orta bölgesinde filtre iki 2.5 cm çap süsen 30 cm arayla yerleştirin. Sonra ikinci gözü ışın çapı 2.5 cm eşittir ve çok yavaş ikinci gözü 1 m mesafede < 3 cm mesafe ile artar. Işığı neredeyse collimated kabul edilir.
Not: İkinci Iris çıktısı çıplak gözle tarafından işaretlendiğinde tek tip olmalıdır. - Bir Lloyd'un ayna Girişmölçeri için collimated ışını yönlendirmek. Lloyd's kurulum bir prizma tabanlı örnek sahibi ve bir 5,04 cm ayna konumlandırılmış dik içerir. Doğrudan ve yansıyan aydınlatmaları birlikte desenlendirme için örnek yüzeyi boyunca istikrarlı bir duran dalga oluşturun. Prizma Antireflect bir aygıtı olarak davranır.
Not: Duran dalga süre P olarak yazılmış olabilir:
, burada λ = 325 nm ve α bu olay açı ile ilgili örnek normal, Şekil 1' de gösterildiği gibi. Lloyd's kurulum döndürerek olay açısı ayarlanabilir.
, burada λ = 325 nm ve α bu olay açı ile ilgili örnek normal, Şekil 1' de gösterildiği gibi. Lloyd's kurulum döndürerek olay açısı ayarlanabilir.2. periyodik dizi hazırlık
Not: Örnek üretici tarafından önerilen standart prosedür altında hazır. Tüm yordamları oda sıcaklığında gerçekleştirilir.
- 1 cm2 cam alt katman kullanın. Metanol ve 10 min her bir ultrasonik banyo için aseton ile cam temizlemek ve sonra bu kiri çıkarmak 1 h için 200 ° c sıcak tabakta öncesi fırında.
- Spin-kat 5 nm kalın adezyon tabaka ile cam alt katman ve bir 100 nm kalın negatif SU-8 fotorezist bir iki hızlı spin-coater ile.
- Böylece kalınlığı 100 yakın kontrol edilebilir bir oranı 1:5 (v/v) Gamma-butirolakton ile SU-8 fotorezist seyreltik nm spin-kaplama sonra.
- 3-5 damla (0.2 mL) yapışma çözüm cam alt katman ve spin için 10 s 600 rpm ve 3600 rpm için 1 dk, arka arkaya dağıtmak.
- 2.2.2 5-7 (0.3 mL) damla ile seyreltilmiş SU-8 adım 2.2.1 aynı hızda arasındaki adımları yineleyin.
Not: fotorezist geliştirme sırasında soyulmak değil böylece yapışma katman cam alt katman ve fotorezist arasındaki yapışma geliştirir. SU-8 katman kalınlığı konsantrasyonu ve spin-coater hızını tarafından kontrol edilir.
- Örnek 1 dk 65 ° C ve 95 ° C Ocak üzerinde ppost. Fırınlar burada tavsiye edilmez.
- Örnek Girişmölçeri prizma aktarın. Kırılma indisi petrol eşleşen bir damla ekleyin (n = 1,45) örnek prizma üzerinde eklemek için. Ayna gibi mümkün olduğunca yakın yerleştirin.
Not: Örnek petrol yüzey gerilimi nedeniyle prizma yüzeyinde eklenir. Kırılma indisi petrol prizma ve cam yüzey arka yansıma girişim ortadan kaldırmak için aynı olacak şekilde seçilir. - İki boyutlu bir kare kafes için örnekle iki kez aynı çekim hızı ama dik yönde ortaya çıkarmak; diğer bir deyişle, örneği ortaya çıkarmak ve sonra tarafından saniye pozlama için 90 ° döndürün. Fotorezist 325 nm ışığa maruz kaldığında bu Glossar ve SU-8 geliştirici tarafından çözüldü.
Not: Dizinin çapı D çekim hızı ayarlayarak denetlenebilir. - Sert örnek 65 ° C ve 95 ° C için film çatlama önlemek 2 dk pişirin.
- Tüm örnek geliştirici sürekli ajitasyon ile 2 min için buluşuyor alan çözülmeye bırakın.
- İzopropil alkol kalanlar durulayın ve basınçlı hava ile kuru için 1 dakika için örnekte bırakın. Nanohole dizi sonra elde edilir.
3. altın Film biriktirme ve ışık yayıcı kaplama
- Örnek SAÇTIRMA biriktirme sistemi Au film biriktirme için çift taraflı bant ile radyo frekans magnetron örnek sahibi iliştirin.
- Turbomoleküler pompa kullanarak bir 2 x 10-6 Torr temel basınç odasına aşağı pompa ve sonra geri 6 x 10-3 ile Torr Ultra yüksek saflıkta Ar gaz doldurun.
- Bir 5 cm çap % 99.9 Au hedef kullanma ve örnek ve hedef arasındaki çekim yer. Düşük güç (50 W) yanı sıra yüzey pürüzlülüğü ifade oranını azaltmak için kullanın. Kapalı çekim ile hedef kiri çıkarmak 10 dakika önceden şaplatın.
- İfade, oda sıcaklığında 20 dakika işlemek için çekim açın. Bir film kalınlığı 100 nm Plazmonik sistemi ile iletim yok optik kalın olduğundan emin olmak için düzenli olarak yatırılır.
- Örnek hazır olduğunda, spin-ceket ışık yayan organik boya veya kuantum gibi maddeler dielektrik ince bir tabaka oluşturmak için metal yüzeyde nokta.
- Başvuru9' kullanılan styryl 8 boya için styryl 8 ve 500 µg Polivinil alkol polimer (PVA) 5 ml metanol 20 µg geçiyoruz.
- 3-5 damla (0.2 mL) boya çözüm örneği dağıtmak ve arka arkaya 10 s 600 rpm ve 1 dk. için 3600 d/d spin. Kalınlığı 80 olduğu tahmin edilmektedir nm.
Not: Su çözünür veya çözünmez polimer yayan malzeme türüne bağlı olarak demir malzemesi olarak kullanılabilir. Ancak, bu photoluminescence ölçümleri ile müdahale olmaz böylece polimer yayıcı sigara olmalıdır. Polimer Polivinil alkol (PVA) rodamine 6 G gibi suda eriyen boyalar ve styryl 8 eriterek için önerilir.
4. yansıtırlık ölçümleri SPP çürüme oranları belirlemek için
Not: Kutuplaşma ve açı çözüldü yansıtırlık spektroskopisi Kur Şekil 2' de gösterilmiştir. Gonyometre bağımsız olarak örnek yönlendirme (Aşama 1) ve algılama açı (Aşama 2) aynı zamanda örnek azimut açısı (Evre 3) değiştirmek için döndürme etapları ile oluşur.
- Kuvars lamba üzerinden geniş bant beyaz ışık ışık kaynağı olarak kullanın. İlk multimod fiber paket çift ve sonra collinear yüz yüze objektif lens (5 X ve 60 X) bir çift tarafından collimate. Örneği farklı olay açılarda ışık demeti örnek yönünü değiştirerek aydınlatmak. Olay polarize ve algılama analyzer bir çift önce ve sonra örnek polarizasyon bağımlı ölçümler için yerleştirin.
Not: Yüz yüze hedefleri collimates ve beyaz ışık kaynağı multimod fiber genişleten bir objektif sistemi olarak hareket ederler. - Düzenlediği bir lif speküler yansıma bir Spektrometre ve Spektroskopi için bir CCD detektörü bağlandığı örnek toplamak için kullanın.
- Dikkatle örnek yönlendirme sahne ve algılama dönüş aşamaları konsantrik, emin olmak için ayarları hizalamak i.e., onların döndürme eksen collinear.
- Düz bir Au film Kur'a kalibre. Yansıma spectra farklı olay açılarda ölçmek ve onları bir bilinen Au dielektrik fonksiyonu kullanarak Fresnel denklemler tarafından hesaplanan teorik yansıma spectra ile karşılaştırın. İki veri kümesi hata az % 5 ile tutarlı olması gerekir.
- Kuruluma hazır olduğunda, doğrusal polarize, p veya s, yansıma spectra örnek farklı olay açılarda ölçmek. Adım boyu olay açının 0.5 ° ve dalga boyu Çözünürlük 0.66 nm. Spectra birden çok olay açıları altında toplamak için bir denetim programı için Otomasyon mekanik hareket, çekim denetim, veri toplama, arka plan çıkarma, vbdahil olmak üzere bulunmakta.
Not: Bu adım hesaplama yapılır. Program istek üzerine mevcuttur. Yazarın gerekirse kaynak kodu için bir e-posta gönderin. - Kontur Arsa yansıtırlık modu kimlik ve çürüme oranı tayini için Plazmonik sisteminin dağılımı ilişkisi elde etmek için dalga boyu ve olay açı vs.
Not: Örnek azimut açısı Brillouin bölge bulunduğu bulmaktır. Örneğin, kare örgü örneği için örnek azimuthally onun dönemlerden biridir olay uçakla paralel ve bu tanımlar Γ-X yönünde döndürür. Örnek Γ-M yön tanımlamak için 45 ° döndür. - Polarize olay ayarlanırsa olay uçak ve analiz ile ilgili 45°-45 °, dikey veya çapraz-polarize, yansıtırlık eşleme ölçmek.
- P polarize ve ortogonal yansıma spectra ayıklamak ve onları CMT9,12,13, kullanarak uygun SPP'ler çürüme hızı için tartışmada açıklandığı gibi.
5. Photoluminescence emisyon güç oranı belirlemek için ölçümleri
Not: Açı ve polarizasyon çözüldü photoluminescence Kur Şekil 3' te gösterilmiştir.
- Geniş bant ışık kaynağı 514 nm argon iyon veya 633 nm Helene lazer ile değiştirin. Tam genişliği yarım en (FWHM) 5'ten daha az lazer satır filtre kullanmak nm lazer hayalice temiz ve lazer ışını polarizasyon durumunu kontrol etmek için bir yarı-dalga tabak yerleştirin. Gonyometre ve algılama birimi değişmeden kalır. Bir çentik filtresi ışıldama gömer lazer çizgi kaldırmak için algılama birimi önce yerleştirin.
Not: Lazer dalga boyu yayan malzeme türüne göre değişir. Daha yüksek foton enerji daha kısa emisyon dalga boyu ile malzeme heyecanlandırmak için gereklidir. - EQ (2) ve (3) için emisyon güç oranı ölçmek için ölçümleri iki türde davranış: algılama ve olay inceden inceye gözden geçirmek. Olay ve algılama taramalar arasında Interplay yardımcı belirlemede
, 
, 
, ve 
. - Olay tarama için algılama açı ile ilgili örnek normal tamir ama olay açı sürekli olarak değişir.
Not: Bu adım hesaplama yapılır. Bu yapılandırma seçerek olay açı bağımlı, seçilen algılama açı altında emisyon varyasyonu izleme sırasında gelen SPP'ler heyecanlandırıyor. Başka bir deyişle, EQ (1) denklemi eşleşen faz olay açı yerine getiren emisyon artar.- Kontur photoluminescence spectra dalga boyu ve olay tarama eşleme için olay açı karşı arsa. Eşlemeleri için farklı algılama açı ölçmek ancak göreli yoğunluklarda aynı bulundu. Bu nedenle, olay tarama gelen SPP'ler etkisini emisyon ya da sade bir şekilde ölçmek için bize izin verir uyarma geliştirme probları ve .
- Kontur photoluminescence spectra dalga boyu ve olay tarama eşleme için olay açı karşı arsa. Eşlemeleri için farklı algılama açı ölçmek ancak göreli yoğunluklarda aynı bulundu. Bu nedenle, olay tarama gelen SPP'ler etkisini emisyon ya da sade bir şekilde ölçmek için bize izin verir uyarma geliştirme probları
- Algılama taraması için normal örnek ile ilgili olarak olay açı düzeltmek ama algılama açısı değişir.
Not: Bu adım hesaplama yapılır.- Benzer şekilde, kontur photoluminescence spectra algılama tarama eşleme dalga boyu ve algılama açı verimleri ile çizmek. SPP emisyon SPP'ler radyasyon sönümleme özelliğine doğar, emisyon güçlü algılama açı bağımlı gibidir. Bu nedenle, sürekli uyarma altında emisyon artar algılama açı EQ (1) yerine getirir. Bu yapılandırma emisyon geliştirme probları ve belirlemek için bize izin verir için farklı αth sipariş iyi tanımlanmış algılama açı bağımlılık olduğu sürece.
- Benzer şekilde, kontur photoluminescence spectra algılama tarama eşleme dalga boyu ve algılama açı verimleri ile çizmek. SPP emisyon SPP'ler radyasyon sönümleme özelliğine doğar, emisyon güçlü algılama açı bağımlı gibidir. Bu nedenle, sürekli uyarma altında emisyon artar algılama açı EQ (1) yerine getirir. Bu yapılandırma emisyon geliştirme probları ve belirlemek için bize izin verir
, 
, 
, ve 
.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bir örnek bir Au periyodik dizinin Şekil 4a8ilave verilir. Uçak görünümü SEM görüntü örnek 510 süresi ile 2D kare kafes dairesel delik dizi olduğunu gösteriyor nm, bir delik derinliği 280 nm ve bir delik çapı 140 nm. Γ-X yön alınan p polarize yansıtırlık eşleme Şekil 4aiçinde gösterilir. Kesik çizgi denklemi olduğunu belirten EQ (1) eşleşen faz tarafından hesaplanır (m = -1, n = 0) SPP'ler heyecanlı.
Polarize ve analyzer ortogonal pozisyonlarında ayarladığınızda, karşılık gelen yansıtırlık eşleme Şekil 4b' gösterilir. Biz eşleme dışında rezonans yansıma Çözümleyicisi tarafından kaldırılmış olarak arka plan şimdi sıfır olur doğrusal polarize eşleştirmesi için hemen hemen aynı olduğunu görüyoruz. Buna ek olarak, yansıtırlık profilleri dips tepeler için sadece SPP radyasyon Sönüm kalır arka kaldırıldıktan sonra değiştirilir.
Aslında, dağılım ilişkisi SPMF çalışmak için iyi bir araçtır. Lazer uyarma dalga boyu varsayarak olmasıdır 700 nm, gelen SPP'ler bir olay 19 ° açıyla oluşturulacak ve kendi emilimi grubum eşleşirse yayıcılar ile etkileşim olacaktır. Emisyon 730 oluşursa, öte yandan, SPP emisyon bir olay 23 ° açıyla tespit edilecektir nm. Bu nedenle, SPP rezonanslar bizi uyarma geliştirme için gelen SPP'ler heyecanlandırmak için ve emisyon geliştirme için giden SPP'ler bulmak için izin verir.
Kat CdSeTe kuantum nokta katkılı PVA polimer dizi10spin. Şekil 5a ve 5b görüntülemek boyunca alınan p polarize ve ortogonal yansıtırlık eşlemeyi gösterilen Γ-X yön boyunca (-1,0). Şekil 5 c & 5 d karşılık gelen photoluminescence olay ve algılama algılama ve 0 ° ve 0 °, olay açılarını sırasıyla alınan eşlemeleri tarama gösterir. Lazer dalga boyu λex 633 olduğunu nm. Aslında, yansıtırlık eşleme ile tutarlı, biz güçlü emisyon bir olay 18,5 ° açıyla oluştuğunu görmek nerede gelen (-1,0) SPP'ler heyecanlı. Öte yandan, algılama tarama giden SPP'ler heyecanlı zaman emisyon gelişmiş yansıtırlık ve photoluminescence arasındaki güçlü benzerlik doğrular.
Uyarma ve oranları kaplin belirlenmesi SPP çürüme oranları ve photoluminescence güç oranları10gerektirir. Şekil 6aiçinde gösterilen nm Γ-X yönü, Şekil 5a ve 5b çıkarılan p polarize ve ortogonal yansıtırlık spectra boyunca 633, çürüme hızı için. P polarize spektrum olarak tarif edilebilir bir Fano benzeri profili gösterir 
,p nerede nonresonant yansıtırlık ve ωSPP rezonans foton enerji ortogonal muadili izler, ancak 
, sergileri bir Lorentzian lineshape12. O zaman en iyi donatılmış bulunmaktadır ve toplam ve ışınımsal çürüme oranları, Γtot ve Γrad, ( hile) 95.08 ve 27.15 meV.
Öte yandan, photoluminescence güç oranı aşağıdaki gibi elde edilir. Olay inceden inceye gözden geçirmek Şekil 5 c, emisyon dalga boyu λem emisyon profilde gelen 690 = nm, nerede doğrudan emisyon bulur, Şekil 6bayıklanır. Güç oranı 
ve gelen SPP'ler olmadan doğrudan emisyon olarak tanımlandığı sadece 18,5 ° düz arka plan (6.896) tarafından bölünmüş yoğunlukta olduğunu. 
sonra 574.04 meV olduğu saptanır.
Öte yandan, emisyon dalga boyu bağımlı bağlantı hızıdır. Emisyon dalga boyu, 690 nm örnek olarak seçilir. Toplam ve ışınımsal çürüme oranları, Γtot ve Γrad, sırasıyla 60.06 ve 17.12 meV ( h) ile vardır. Algılama tarama profili Şekil 5 d den çıkarılan ve Şekil 6 ciçinde görüntülenir. Güç oranı 
olarak tanımlanır (-1,0) SPP emisyon örnek iletim yok sahip olduğunu varsayarak yarı-alan doğrudan emisyon tarafından ayrılmıştır. Bir katı açı ΔΩ Dedektör kapsar beri ~ π3/7202 sr, Lambertian bir yüzey için 
, b Şekil 6 c arka planda izler nereye 
. Öte yandan, 
ΔΩ tarafından bölünmüş en yüksek profil olarak verilir. Sonuç olarak, 
0.805 bulundu.
Resim 1 . Girişim litografi şematik. 325 nm lazer ışık kayma bir filtreden odaklı ve sonra örnek olduğu bir Lloyd'un ayna Girişmölçeri üzerinde aydınlatılır. Duran dalga formları pozlama için örnek yüzeyi boyunca. İç metin: şemaları bölümünde 2 tamamlandı örnek üst ve yan görüş. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 . Yansıtırlık spektroskopisi polarizasyon ve açı çözüldü. (bir) şemaları yansıtırlık spektroskopisi polarizasyon ve açı çözüldü. Döndürme etapları Gonyometre oluşturmak için kullanılır. Spektrometre düzenlediği bir lif birleştiğinde ve CCD dedektörü algılama için kullanılır. Bir geniş bant beyaz ışık kaynağı yansıtırlık ölçümleri için kullanılır. büyük bir kısmını (siyah çizgi kutusunda (bir)) polarizasyon ve açı çözüldü yansıtırlık spektroskopisi (b) gerçek görüntüsü. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 . Şemaları photoluminescence spektroskopisi polarizasyon ve açı çözüldü. 514 veya 633 nm lazer photoluminescence için kullanılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4 . Yansıtırlık eşlemeleri ve sonucuna ki çürüme oranları. Γ-X yön alınan (bir) bir Au p polarize yansıtırlık eşlenmesinin dizisi. Kesik çizgi denklemi, gösterilen eşleştirme faz kullanılarak hesaplanır (-1,0) SPP'ler farklı dalga boylarında heyecanlı. İç metin: uçak-görünüm SEM görüntü dizinin. (b) karşılık gelen ortogonal yansıtırlık eşleme arka nulled ve şimdi yansıtırlık dips gösterilen haline tepeler. (c) Γtot ve Γrad dalga boyu bir fonksiyonu olarak arsa. Sonuçları referans9' dan yeniden oluşturulur. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5 . Yansıtma, olay ve algılama eşlemeleri Γ-X yönünde alınan CdSeTe kuantum nokta ile kaplı bir dizinin tarama. (Bir) p polarize ve (b) dik yansıtırlık eşlemeleri ve karşılık gelen photoluminescence (c) olay ve (d) algılama tarama algılama ve olay açıyla çekilmiş eşlemeleri = 0 ° ve 0 °, anılan sıraya göre. Lazer dalga boyu λex 633 olduğunu nm. Sonuçları referans10yeniden oluşturulur. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6 . Temsilcisi yansıtırlık, olay ve algılama tarama profili. (bir) p polarize ve ortogonal yansıtırlık spectra ile birlikte Γtot ve Γrad 633, belirlemek için en iyi uyan nm. (b) ayıklanan (b) olay ve (c) algılama tarama profilleri. Sonuçları referans10yeniden oluşturulur. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu protokol için birkaç önemli adım vardır. İlk, mekanik sağlamlık örnek hazırlık çok önemlidir. Duran dalga Lloyd'un Kur tarafından üretilen iki aydınlatma ışını arasındaki faz farkı duyarlıdır. Bu nedenle, pozlama süresi sırasında herhangi bir titreşim homojenlik ve kenar nanohole netliğini düşer. Bir titreşim özgür ortamı, Örneğin, titreşim yalıtım destekler optik bir tabloyla çalışmak için önerilir. Buna ek olarak, yüksek güçte lazer de buna göre pozlama süresi indirgeyerek titreşim en aza indirmek için isteniyorsa. İkinci olarak, iğne deliği ve sondaj adım 1.1 düzgün seçilmelidir. Delik boyutu kadar küçük bir tarafta temizleme modu gerçekleştirmek için ve hala diğer tarafta pozlama için yeterli güç iletimi için yeterince büyük olmalıdır. Biz 50 mikron iğne deliği ve 13 X amaç HeCd düzenlediği lazer için öneririz. Üçüncü olarak, bu dik yansıtırlık Lorentzian çizgi şeklinde yalnızcap≈ rsolduğunda geçerlidir, neredep ve rs vardır aydınlatma12p ve s polarize rezonans yansıtırlık belirtilmektedir. Ancak, bakarak olay açı veya bazı anizotropik metamalzemeler ile a nanohole düzenlemek için rp ve rs arasındaki fark ihmal ve elde edilen yansıtırlık verimleri 
, veren Fano lineshape yükselmeye.
Özet olarak, bu iletişim kuralını uyarma ve ışık yayıcılar ve SPP'ler arasındaki oranları 2D metalik periyodik diziler kaplin belirlemek için bir yöntem açıklanır. Hızı her iki frekans etki alanı tekniklerdir açı ve polarizasyon çözüldü yansıtırlık ve photoluminescence spektroskopisi tarafından ölçülür. Geleneksel zaman çözüldü teknikleri ile karşılaştırıldığında, bu yöntem sadece farklılaştıran en floresans geliştirme çalışmaları kabul edilmez, uyarma ve çürüme işlemler, SPMF, ama aynı zamanda ışık yayıcılar için kaplin oranları belirler farklı SPP modu. Zaman çözüldü teknikleri sadece bir ışık yayıcı toplam ömrünü ölçmek ve farklı rezonans modları katkılarıyla belirleyemiyor gibi özellikle ışık yayıcılar karmaşık bir ne zaman bizim Yöntem kesinlikle değer bu alan için eklersiniz rezonans sistemi. Periyodik Plazmonik sistemi için 
modu doğrudan emisyon izotropik olduğu varsayılır ise iyi tanımlanmış çürüme yönü vardır. Aralarındaki farklılıkları emisyon yönde modu kimlik neden olmaktadır. Yönlü emisyon Nanomalzemeler evrensel bir davranış olduğu için böyle farklılaşma metamalzemeler ve fotonik kristal gibi rezonans diğer sistemleri kolayca genişletilebilir. Biz ışık yayıcılar ve rezonans boşluklar arasında floresans geliştirme eğitimi sağlayan bir teknoloji olması için bu tekniği tahmin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.
Acknowledgments
Bu araştırma yoluyla doğrudan hibe 4053077 ve 4441179, RGC rekabet ayrılan araştırma hibe, 402812 ve 14304314, Hong Kong Çin Üniversitesi tarafından desteklenen ve alan, mükemmellik AoE/P-02/12.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SU-8 | MicroChem | SU-8 2000.5 | |
| Adhesion solution | MicroChem | Omnicoat | |
| SU-8 Thinner (Gamma-Butyrolactone) | MicroChem | SU-8 2000 Thinner | |
| SU-8 Developer | MicroChem | SU-8 Developer | |
| Spin Coater | Chemat Technology | KW-4A | |
| HeCd laser | KIMMON KOHA CO., LTd | IK3552R-G | |
| Shutter | Thorlabs | SH05 | |
| Objective for sample preparation | Newport | U-13X | |
| Pinhole | Newport | PNH-50 | |
| Iris | Newport | M-DI47.50 | |
| Prism | Thorlabs | PS611 | |
| Rotation stage for sample preparation | Newport | 481-A | |
| Supttering Deposition System | Homemade | ||
| Rotation Stage 1 | Newport | URM80ACC | |
| Rotation Stage 2 | Newport | RV120PP | |
| Rotation Stage 3 | Newport | SR50PP | |
| Detection arm | Homemade | ||
| Quartz lamp | Newport | 66884 | |
| Fiber Bundle | Newport | 77578 | |
| Objective for measurement | Newport | M-5X & M-60X | |
| Polarizer & Analyzer | Thorlabs | GT15 | |
| Multimode Fiber | Thorlabs | BFL105LS02 | |
| Spectrometer | Newport | MS260i | |
| CCD | Andor | DV420-OE | |
| 514nm Argon Ion Laser | Spectra-Physics | 177-G01 | |
| 633nm HeNe Laser | Newport | R-32413 | |
| CdSeTe quantum dot | Thermo Fisher Scientific | q21061mp | |
| Polyvinyl alcohol polymer (PVA) | SIGMA-ALDRICH | 363073 | |
| Control program | National Instruments | LabVIEW |
References
- Okamoto, K., et al. Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells. Nature Materials. 3 (9), 601-605 (2004).
- Akselrod, G. M., et al. Leveraging Nanocavity Harmonics for Control of Optical Processes in 2D Semiconductors. Nano Letters. 15 (5), 3578-3584 (2015).
- Gontijo, I., et al. Coupling of InGaN quantum-well photoluminescence to silver surface plasmons. Physical Review B. 60 (16), 11564 (1999).
- Huang, K. C. Y., et al. Antenna electrodes for controlling electroluminescence. Nature Communications. 3, 1005 (2012).
- Atwater, H. A., Polman, A. Plasmonics for improved photovoltaic devices. Nature Materials. 9 (3), 205-213 (2010).
- Anker, J. N., et al. Biosensing with plasmonic nanosensors. Nature Materials. 7 (6), 442-453 (2008).
- Chen, Y., et al. Excitation enhancement of CdSe quantum dots by single metal nanoparticles. Applied Physics Letters. 93 (5), 053106 (2008).
- Birowosuto, M. D., Skipetrov, S. E., Vos, W. L., Mosk, A. P. Observation of Spatial Fluctuations of the Local Density of States in Random Photonic Media. Physical Review Letters. 105 (1), 013904 (2010).
- Cao, Z. L., Ong, H. C. Determination of coupling rate of light emitter to surface plasmon polaritons supported on nanohole array. Applied Physics Letters. 102 (24), 241109 (2013).
- Lin, M., Cao, Z. L., Ong, H. C. Determination of the excitation rate of quantum dots mediated by momentum-resolved Bloch-like surface plasmon polaritons. Optics Express. 25 (6), 6029-6103 (2017).
- Nikolaev, I. S., Lodahl, P., Driel, A. F. V., Koenderink, A. F., Vos, W. L. Strongly nonexponential time-resolved fluorescence of quantum-dot ensembles in three-dimensional photonic crystals. Physical Review B. 75 (11), 115302 (2007).
- Cao, Z. L., Lo, H. Y., Ong, H. C. Determination of absorption and radiative decay rates of surface plasmon polaritons from nanohole array. Optics Letters. 37 (24), 5166-5168 (2012).
- Haus, H. A. Waves and Fields in Optoelectronics. , Prentice-Hall. Englewood Cliffs, N.J. (1984).
