Bir Nano-Optik Konveyör Bant imalatı ve İşletilmesi

Aşağıdaki deneyin genel amacı, nano optik konveyör bandı olarak da bilinen, adreslenebilir plazmonik rezonatörlerin doğrusal bir dizisinin optik yakın alanını kullanarak mikron altı dielektrik parçacıkları taşımaktır. Bu, istenen yol boyunca başarılı bir şekilde taşınmayı sağlamak için önce konveyör bandının yazılımla tasarlanmasıyla elde edilir. İkinci adım olarak, konveyör bandını bir elektron ışını litografi işlemi ve bir şablon sıyırma tekniği kullanarak imal edin.

Daha sonra, bir lazer kullanarak konveyör bandının ucuna bir numune sıkıştırın ve parçacığın taşınmasını sağlamak için ışın yolunda yarım dalga plakasını döndürün. Sonuçlar, ışın yoğunluğu profilini herhangi bir şekilde değiştirerek değil, polarizasyon açısının döndürülmesine dayalı olarak lazer ışınının genişliği boyunca doğrusal taşımayı göstermektedir. Bu tekniğin geleneksel optik cımbızlara göre en büyük avantajı, taşıma davranışının ve çözünürlüğünün, ışın yönlendirmesine değil, litografi kullanılarak üretilen yapılara bağlı olmasıdır.

Bu teknik, çip üzerinde biyolojik analize ve nano ölçekli üretime uygulanabilir. Bu yöntem için ilk olarak, bir deniz açıklığı tarafından üretilen optik yakın alanın kullanımlarına baktığımızda aklımıza geldi Prosedürü gösteren, laboratuvarımızda yüksek lisans öğrencisi olan Tiffany Wong olacak. Başlamak için, doğrusal bir yol boyunca CS şekilli çokgenlerden oluşan bir çift doğrusal dizi oluşturmak için bir CAD programı kullanın.

Her çiftteki çokgeni, dışbükey gövdesi etrafında art arda 30 artı veya eksi 90 derece döndürülecek şekilde tasarlayın. Ardışık çiftleri ayıran birden fazla parçacık çapı bırakmayın ve bir çiftteki çokgen merkezleri arasındaki bu mesafenin %90'ından fazlasını bırakmayın. Daha sonra, düzlemsel desen boyutlarını barındıran ve desenin en az 200 nanometre altına ve 600 nanometre üstüne uzanan sayısal bir yöntem geometrisi çizin.

Düzlemin altındaki düzlem, alt tabakayı temsil eden bir alan içerir ve düzlemin üzerinde, sıvı odasını temsil eden bir alan, planya CS şeklindeki deseni alt tabakaya 150 nanometre aşağıya doğru ekstrüde eder ve gravürlerin içini temsil etmek için 3B alanlar oluşturur. Daha sonra istenen şekle sahip bir parçacık alanı ekleyin. Bu özel örnekte, 400 nanometre çapında bir küre tanıtıyoruz.

Ardından, simülasyonun açık sınırlarına en az 500 nanometre kalınlığında mükemmel uyumlu katmanlar ekleyin. Dışarıya doğru radyasyonu emmek için, arayüzün üzerindeki alanın elektromanyetik malzeme özelliklerini suyunkine, C-keskin gravürlerin iç özelliklerinin hidrojen benzeri etkilere ve kalan malzemenin özelliklerinin altınınkine ayarlayın. Son olarak, parçacığın malzeme özelliklerini polistireninkilere ayarlayın.

Sonraki ayrıklaştırılmış. Toplu halde 100 nanometreden büyük olmayan uyarlanabilir bir tetrahedral ağa sahip simülasyon hacmi. Ayrıca, ağ elemanlarının maksimum boyutunu küre yüzeyinde 30 nanometre ve gravür yüzeylerinde 30 nanometre ile sınırlayın.

Optik uyarma için kritik yapılarda doğruluğu artırmak için, 1064 nanometre boş uzay dalga boyuna sahip bir arka plan harmonik düzlem dalgası tanımlayın. Bu dalganın polarizasyonunu, elektrik alanı C-keskin bir gravürün sırtı ile hizalanacak şekilde seçin. Parçacığın yüksekliğini yüzeyden sadece birkaç nanometre uzakta sabit tutarken, parçacık konum parametresini yolun bir ucundan diğer ucuna süpürerek bir dizi simülasyonda dağınık elektromanyetik alanları çözün.

Diğer CS şekil yönelimlerinin her biri ile hizalanmış olay polarizasyonu için bu hesaplamayı tekrarlayın ve bu açılarda saçılan elektromanyetik alanlar için çözümler elde edin. Polarizasyonla aynı hizada olan denizlerin en parlak şekilde aydınlandığını doğrulayın. Daha sonra, Maxwell stres tensörünü bir yüzey üzerine entegre ederek ve parçacığı kapatarak her pozisyonda parçacık üzerindeki elektromanyetik net kuvveti hesaplayın.

Parçacığın hem stabil bir şekilde yakalanmasını hem de konveyör boyunca başarılı bir şekilde iletilmesini sağlamak için metinde belirtilen prosedürü izleyin. Polarizasyon döndükçe. Temiz, cilalı bir silikon gofret ile başlayın.

20 ila 25 damla %2 polimetil metakrilat uygulayın. Anol çözeltisine direnç gösterin ve 40 saniye boyunca 5.000 RPM'de ince bir film haline getirin. PMMA direncini 200 santigrat derecede sıcak bir plaka üzerinde iki dakika pişirin.

Ardından sıkma hızını 900 RPM'ye ve sıkma süresini bir dakikaya değiştirin. 20 ila 25 damla hidrojen squi INE negatif ton ekleyin. Direnç gösterin ve direnci 150 nanometre kalınlığında bir filme döndürün, ardından HSQ direncini iki dakika boyunca 80 santigrat derecede sıcak bir plaka üzerinde pişirin.

Ardından, gofreti gofret tutucusuna monte ederek elektron ışını litografisine hazırlanın. Gofret tutucuyu elektron ışını litografi maruz bırakma aracının yük kilidine yükleyin ve vakum pompasını çalıştırın Elektron ışını parametrelerini 100 kilovolta ayarlayın, santimetre kare başına 800 mikro koomluk voltaj bazlı dozu hızlandırın. Ve bir vakum kurulduktan ve ışın kalibrasyonları tamamlandıktan sonra, tasarlanan dizinin pozlamasına başlayın.

Maruz kalan olumsuz tonu geliştirin. Gofret'i 90 saniye boyunca %2,2 tetraetil amonyum hidroksit geliştirici solüsyonuna batırarak direnin. Geliştirme sırasında, geliştirme süresi geçtikten sonra her 10 saniyede bir geliştirici kabını iterek çözeltiyi nazikçe çalkalayın, yüzeyi 60 saniye boyunca suyla yıkayarak geliştirmeyi hemen durdurun.

Ardından, 200 nanometre kalınlığında bir altın tabakası ve ardından 1000 nanometre kalınlığında bir bakır tabakası eklemek için magnatron püskürtmeyi kullanın. Daha sonra, numunenin bakır tarafına, desen cihazı alanını kaplayan bir santimetreye bir santimetre kare şeklinde tek bir damla UV ile kürlenebilen epoksi yayın. Ardından, bakır yüzeye bir kuvars cam arka plaka uygulayın ve desen cihazı alanını tamamen kapladığından emin olun.

Arka plakayı ve gofreti düz bir yüzeye koyun ve numuneyi sertleştirmek için epoksiyi bir UV projektör lambası ile yaklaşık 30 dakika yukarıdan aydınlatın. Ardından, kuvars arka plakanın etrafından silikon gofrete kadar çentikleyerek cihazı silikon alt tabakadan serbest bırakın ve alt tabakayı bir aseton banyosuna daldırın. Altı ila sekiz saat bekledikten sonra, gofreti aseton banyosundan çıkarın ve çipi silikon alt tabakadan uzaklaştırmak için dikkatlice bir tıraş bıçağı kullanın.

Çipin yüzeyini izopropil alkolle temizleyin. Sistemi ekteki metin protokolünde açıklandığı gibi kalibre ettikten sonra, iki ila dört mikrolitre seyreltilmiş floresan parçacığını temiz bir kapak kızağı üzerine yerleştirin ve cihazı, altın yüzeyi aşağı bakacak şekilde dikkatlice çözeltinin üzerine yerleştirin. Karanlık hizalama işaretlerini odak noktasına getirerek nano yapılara odaklanın.

Ardından, cıva lambasının önüne, floresan boncuk emme zirvesine karşılık gelen dışındaki tüm renkleri engelleyen dar bir bant geçiren filtre yerleştirin. Ardından, numune görüntüleme kamerasının önüne, floresan boncuk emisyon zirvesine karşılık gelen dışındaki tüm renkleri engelleyen dar bir bant geçiren filtre yerleştirin. Boncukların floresan görüntüsünü odağa getirin ve boncukların ortalama sürüklenme hızı saniyede 10 mikrometrenin altına düşene kadar bekleyin.

Ardından odaklanmış lazer ışınını açın ve ışın odağında sabit bir şekilde sürüklenen bir boncuk yakalanana kadar lazer çıkış gücünü kademeli olarak artırın. Mikroskop aşamasının taranması, merkezden uzakta olan bir boncuğun yakalanmasına yardımcı olabilir. Ardından, numune düzlemindeki ışın noktası çapı dokuz mikrona genişleyene kadar ışın yoluna yerleştirilmiş ışın yüklenicisini ayarlayın.

Tamamen odakta olduğunda, bunu, gevşek bir şekilde odaklanmış ışın tarafından yakalanan bir boncuk ile ışın görüntüsündeki ışın noktasının merkezinden geçen düz yoğunluklu bir kesit olarak ölçün. Alt tabaka modelini hareket ettirmek için mikroskop aşamasını kullanın, böylece bir dizi rezonatörün ucu sıkışan boncuğun hemen arkasında görülebilir. Yakın alan yakalama kurulduktan sonra, mikroskop öteleme aşamasını hafifçe hareket ettirin, böylece lazer noktasının merkezi konveyörün merkezine daha yakın olur.

Işının yerini değiştirdikten sonra, doğrusal polarizasyon açısını döndürmek için lazer ışını yoluna yerleştirilmiş yarım plakayı hafifçe döndürün. Bu, dizideki bir dizide rezonatörleri aktive edecek ve floresan boncukta kontrollü doğrusal hareketi indükleyecektir. Bir parçacık lazer ışınının kenarına ulaştığında, önceki bir konuma geri sıçrayacaktır.

Burada, basit bir çift C-keskin gravürün taramalı elektron mikroskobu görüntüsü gösterilmektedir. Gelişime direndikten sonra. PMMA'yı çözdükten ve silikon alt tabakayı çıkardıktan sonra, son modelin tamamı ortaya çıkar.

Bu görüntüdeki ışık çemberi, beş mikron uzunluğundaki bir nano optik konveyör bandı boyunca hareket eden 390 nanometre çapındaki bir polistiren boncuğun konumunu göstermektedir. Boncuk, ışık polarizasyonunun dönüşü ile hareket ettirilir ve nano metalik CS şekilli rezonatörlerin boncuğu konveyör bandının uzunluğu boyunca kademeli bir şekilde yakalamasına neden olur Faz plakaları veya kiriş yönlendirmesi gibi konveyör bandı üzerindeki üstten aydınlatmayı daha iyi şekillendirme yöntemleri, konveyör bant performansını artırabilir. Bu videoyu izledikten sonra, bir nano optik konveyör bandının nasıl tasarlanacağı, üretileceği ve çalıştırılacağı konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.

Yüksek güçlü lazerlerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve bu işlemi gerçekleştirirken her zaman lazer koruyucu gözlük takılması gerektiğini unutmayın.