ייצור של מערכים Nanocup זהב תקופתיים באמצעות Colloidal ליתוגרפיה
Summary
אנחנו מדגימים הזיוף של מערכים nanocup זהב תקופתיים באמצעות טכניקות ליטוגרפית colloidal ולדון את החשיבות של סרטים nanoplasmonic.
Abstract
בתוך בשנים האחרונות בתחום פלזמוניקה התפוצץ כמו החוקרים הדגימו יישומים מרגש הקשורים כימית, אופטי חישה בשילוב עם טכניקות חדשות nanofabrication. פלזמון הוא קוונטום של תנודה צפיפות מטען והקים ננו מתכות כגון זהב וכסף מאפיינים אופטיים ייחודיים. בפרט, חלקיקי זהב וכסף התערוכה תנודות צפיפות מטען מגנטיים קולקטיבית פלזמון משטח מקומי על פני השטח של ה-ננו-חלקיק-in מקשת הצבעים הנראים לעין. כאן, אנו מתמקדים הזיוף של מערכים תקופתי של אניסוטרופי nanostructures plasmonic. מבנים אלה פרוסת (או nanocup) יכולים להפגין נוספים ייחודיים אור מעוקלת, קיטוב תלוית התכונות האופטיות הזה nanostructures איזוטרופיות פשוט לא יכול. החוקרים הם מעוניין הזיוף של מערכים תקופתי של nanocups עבור מגוון רחב של יישומים, כגון התקנים אופטיים נמוכים, ראמאן משופרת השטח פיזור, ולשנות אינדיקציה. אנו מציגים טכניקה מדרגי בהתאם ליתוגרפיה colloidal שבהם זה ניתן בקלות ליצור מערכים תקופתית גדולה של nanocups באמצעות ציפוי ספין והתכנסו עצמית nanospheres פולימריים זמינים מסחרית. מיקרוסקופ אלקטרונים וספקטרוסקופיה אופטי של גלוי-סגול (ליד-IR) בוצע כדי לאשר nanocup מוצלח פבריקציה נוספת. נסיים עם הפגנה של העברת nanocups לסרט דבק גמיש, קונפורמית.
Introduction
הופעתה של פלזמוניקה בשיתוף עם nanofabrication משופר וטכניקות סינתזה הביאו אודות מגוון רחב של טכנולוגיות מרגש כמו עקיפה משנה מוגבלת circuity, זיהוי כימי משופרת, וחישה אופטי 1 ,2,3. ב פרוטוקול זה, נדגים טכניקה מדרגיים, בעלות נמוכה יחסית מסוגל בדיית nanopatterned סובסטרטים plasmonic באמצעות nanospheres פולימריים זמינים מסחרית צעד איכול ואחריו התצהיר מתכת. שלא כמו טכניקות אחרות עבור בדיית nanopatterned מצעים, כגון אלקטרון קרן ליתוגרפיה4, טכניקה זו במהירות וביעילות, וניתן לשנותם 300 מ”מ ופלים וצעד מעבר במינימום מאמץ והשימושים העברה כדי לייצר גמיש, סרטים קונפורמיים5.
מאז התקופה הרומית, היינו לדעת כי מתכות מסוימות כגון זהב וכסף יכולות להיות התכונות האופטיות מבריק כאשר הם מחולקים דק. היום, אנו מבינים כי חלקיקי מתכת האלה מוצג אפקט הנקרא “תהודה פלזמון משטח מקומי” (LSPR) כאשר מידות שלהם מתקרב של ננו. LSPR הוא אנלוגי לאופרטור גל עומד שבו מאוגדים בחולשה אלקטרונים הנמצאים המתכת נעים באופן עקבי ומאוחד כאשר האור של תדרים מסוימים משמיד את חלקיקי מתכת. Nanostructures אניסוטרופי הם מעניינים במיוחד כי מגנטיים אופטי ייחודי יכולים להופיע כתוצאה סימטריה שבירת6,7,8.
התאורה של מבנים פרוסת (nanocup) עם אור יכול לרגש דיפול חשמלי או מצבי פלזמון דיפול מגנטי, תלוי בגורמים כגון הזווית התצהיר של המתכת, הכיוון של המצע ביחס לאור התקרית, ו קיטוב של התקרית אור9. לעתים קרובות היה נחשב Nanocups מקביל תלת מימדי פיצול-טבעת ומהודים, שבו תדר תהודה ניתן לקרב את ערכיהן גם LC-מתנד10,11. תדירות תהודה בגודל של nanospheres פולימרים המשמש כאן (170 nm), כמות זהב הפקיד (20 ננומטר), שיעורי איכול נכנעים תדירויות תהודה פורש את גלוי, בקרבת מקום ל- IR.
ניתן למדוד את מאפייני אופטי nanocups זהב שידור או השתקפות, בהתאם המצע המשמש לציפוי-ספין. בפרוטוקול שהוצגו, בחרנו להשתמש 2 in סיליקון כמו המצע ולבצע מדידות השתקפות לאחר התצהיר מתכת. המדידות בוצעו באמצעות מיקרוסקופ מצמידים ספקטרומטר ואנליזת עם מקור אור הלוגן. גם היו לנו הצלחה באמצעות זכוכית מצעים, המאפשר שידור והשתקפות מדידות מיד לאחר העדות מתכת. יתר על כן, טכניקה זו בקלות וניתן לשנותם ואינו מוגבל ל- 2 in ופלים. בשל הזמינות רחב מסחרי של nanospheres פולימרים monodisperse באיכות גבוהה, זה פשוט לכוון את התכונות האופטיות של מבנים אלה על-ידי הפעלת פשוט nanospheres בגודל שונה.
בפרוטוקול זה, טכניקה כדי לבדות אניסוטרופי זהב פרוסת (או nanocup) nanostructures באמצעות שיטה הנקראת ליתוגרפיה colloidal הוא הפגין. ליתוגרפיה colloidal משתמש הרכבה עצמית של מאוד nanosphere פולימריים monodisperse במהירות דפוס מצע זה יכול להיות מעובד יותר לתוך מצע plasmonic לאחר לרעוד. להוציא ציפוי שכבה דקה של זהב. באופן דומה, זה ניתן לכוונן את חיזקו המצע על-ידי הטיית המצע מדגם במהלך התצהיר מתכת. המבנים וכתוצאה מכך הם רגישים קיטוב בגלל. בנוגע למקורו ננו-מבנה בנוי. . הנה, נדגים אחד מסוים במקרה ולבצע ההמראה כדי להעביר את המבנים סרט שקוף, גמיש ואפיון אופטי.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה מדגים טכניקה נמוכים ויעיל עבור בדיית מערכים תקופתי של plasmonic nanocups זהב. טכניקה זו היא יתרון מיוחד כי זה מונע תהליכים מלמעלה-למטה טורי כגון ליתוגרפיה קרן אלקטרונים או יון ממוקדת קרן כרסום. הטכניקה הציג מראה nanospheres פולימריים זמינים מסחרית הניתנים להרכבה עצמית ובצורה ישירה לשרת בתו…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה בוצע ב הפסיפי הלאומי מעבדה (PNNL), אשר מופעל על ידי מכון אנדרטת Battelle עבור מחלקת האנרגיה (DOE) תחת חוזה מס דה-AC05-76RL01830. המחברים להכיר בהכרת תודה תמיכה של מחלקת המדינה של ארה ב באמצעות מפתח אימות נכסי הקרן (V קרן) תחת כל הסוכנויות הסכם SIAA15AVCVPO10.
Materials
| Polystyrene microspheres | Bangs Laboratories, Inc. | PS02N | 170 nm – 580 nm diameter |
| Silicon wafers | El-CAT, Inc. | 3489 | 300 mm thick, one side polished [100] |
| Adhesive tape | 3M | Scotch 600 | |
| Spin coater | Laurell | WS-650-23B | |
| Plasma etcher | Nordson March | AP-600 | |
| Microspectrophotometer | CRAIC | 380-PV | |
| Sonicator | VWR | 97043-932 | |
| Scintillation vials | Wheaton | 986734 | |
| 5 um syringe filter | Millex | SLSV025LS | |
| Oxygen gas | Oxarc | PO249 | Industrial Grade 99.5% purity |
| Vaccum pump | Kurt J. Lesker | Edwards 28 | |
| Disposable syringes | Air Tite Products Co. | 14-817-25 | 1 mL capacity |
| Water | Sigma-Aldrich | W4502 |
References
- Fang, Y., Sun, M. Nanoplasmonic waveguides: towards applications in integrated nanophotonic circuits. Light Sci Appl. 4, e294 (2015).
- Li, J. F., Anema, J. R., Wandlowski, T., Tian, Z. Q. Dielectric shell isolated and graphene shell isolated nanoparticle enhanced Raman spectroscopies and their applications. Chemical Society Reviews. 44 (23), 8399-8409 (2015).
- Wang, L., et al. Large Area Plasmonic Color Palettes with Expanded Gamut Using Colloidal Self-Assembly. ACS Photonics. , (2016).
- Taylor, A. B., Michaux, P., Mohsin, A. S. M., Chon, J. W. M. Electron-beam lithography of plasmonic nanorod arrays for multilayered optical storage. Optics Express. 22 (11), 13234-13243 (2014).
- Endo, H., Mochizuki, Y., Tamura, M., Kawai, T. Fabrication and Functionalization of Periodically Aligned Metallic Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography with a Sinusoidally Wrinkled Substrate. Langmuir. 29 (48), 15058-15064 (2013).
- Wang, H., et al. Symmetry breaking in individual plasmonic nanoparticles. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (29), 10856-10860 (2006).
- Wollet, L., et al. Plasmon hybridization in stacked metallic nanocups. Optical Materials Express. 2 (10), 1384-1390 (2012).
- Duempelmann, L., Casari, D., Luu-Dinh, A., Gallinet, B., Novotny, L. Color Rendering Plasmonic Aluminum Substrates with Angular Symmetry Breaking. ACS Nano. 9 (12), 12383-12391 (2015).
- King, N. S., et al. Angle- and Spectral-Dependent Light Scattering from Plasmonic Nanocups. ACS Nano. 5 (9), 7254-7262 (2011).
- Mirin, N. A., Halas, N. J. Light-Bending Nanoparticles. Nano Letters. 9 (3), 1255-1259 (2009).
- Eggleston, M. S., Messer, K., Zhang, L., Yablonovitch, E., Wu, M. C. Optical antenna enhanced spontaneous emission. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (6), 1704-1709 (2015).
- Bora, M., et al. Plasmonic black metals in resonant nanocavities. Applied Physics Letters. 102 (25), 251105 (2013).
- Akselrod, G. M., et al. Efficient Nanosecond Photoluminescence from Infrared PbS Quantum Dots Coupled to Plasmonic Nanoantennas. ACS Photonics. , (2016).
