Изготовление периодических золото Nanocup массивов с использованием коллоидного литография
Summary
Мы продемонстрировать изготовления периодических золото nanocup массивов с использованием коллоидного литографические техники и обсудить важность nanoplasmonic фильмов.
Abstract
В последние годы поле плазмоники взорвалась как исследователи продемонстрировали захватывающие приложений, связанных с химические и оптические зондирования в сочетании с новыми методами нанотехнологические. Плазмон является квантовой колебаний плотность заряда, который одалживает наноразмерных таких металлов, как золото и серебро уникальными оптическими свойствами. В частности золотые и серебряные наночастицы экспонат локализованных поверхностного плазмон плотность заряда резонансы коллективные колебания на поверхности наночастиц в видимой области спектра. Здесь мы сосредоточены на изготовление периодических массивы анизотропной плазмонных наноструктур. Эти структуры Полублочные (или nanocup) могут exhibit дополнительных уникальных Легкий изгиб и поляризации зависимой оптические свойства этой простой изотропной наноструктур нельзя. Исследователи интересует изготовление периодических массивы nanocups для широкого ряда приложений, таких как лоу кост оптических приборов, поверхность расширение комбинационного рассеяния и тампером индикация. Мы представляем масштабируемый метод, основанный на коллоидных литография, в котором можно легко изготовить большие массивы периодические nanocups с помощью спин покрытие и самостоятельно собранных коммерчески доступных полимерных nanospheres. Электронная микроскопия и Оптическая спектроскопия от видимого до ближней ИК-области (рядом IR) была выполнена для подтверждения успешного nanocup изготовления. Мы заключаем с демонстрацией передачи nanocups гибкий, конформные клейкая пленка.
Introduction
Появление плазмоники в сочетании с более нанотехнологические и методов синтеза привели широкий спектр интересных технологий, таких как суб дифракции ограниченный схемотехника, расширение обнаружения химических веществ и оптического зондирования1 ,2,3. В этом протоколе мы демонстрируем масштабируемой и относительно недорогой техники способны изготовить nanopatterned плазмонных субстратов, использование коммерчески доступных полимерных nanospheres и травления шагом последовали осаждения металла. В отличие от других методов для изготовления nanopatterned субстратов, например электронно пучка литографии4, этот метод можно быстро и эффективно масштабировать до 300 мм пластин и за его пределами с минимальными усилиями и использует передачу шаг производить гибкий и конформное фильмы5.
Начиная с римской эпохи мы знали, что некоторых металлов, как золото и серебро может иметь блестящие оптических свойств, когда они разделены мелко. Сегодня, мы понимаем, что эти частицы металла выставку под названием «локализованные поверхностного плазмон резонанс» эффект (ЛСПР), когда их размеры подход наноуровне. Рамные ЛСПР аналогична стоячей волны, в которых слабо связанные электроны в металле осциллируйте когерентно когда свет определенных частот освещает частицы металла. Анизотропные наноструктур представляют особый интерес, потому что уникальный оптический резонансов может возникнуть в результате симметрии6,,78.
Освещения структур половину оболочки (nanocup) с свет может волновать электрического диполя или магнитный Диполь плазмон режимах, в зависимости от таких факторов, как угол осаждения металла, ориентация субстрата в отношении падающего света и поляризацией падающего света9. Nanocups часто рассматривались аналогична трехмерной Сплит кольцевых резонаторов, в которых частоты резонанса можно аппроксимировать как LC-осциллятор10,11. Резонансная частота для размера полимерных nanospheres здесь (170 Нм), количество хранение золота (20 Нм), и etch тарифы дают резонансных частот, охватывающих видимого и вблизи IR.
Оптические свойства Золотой nanocups может быть измерена в передаче или отражения, в зависимости от субстрата, используемые для спин покрытие. В представленных протокол мы решили использовать 2 дюйма кремниевых пластин в качестве субстрата и выполнять измерения коэффициента отражения после осаждения металла. Измерения проводились с помощью микроскопа сочетании энергодисперсионный спектрометр с источником света галогенной. Мы также имели успех с использованием стеклянные подложки, позволяя для передачи и отражения измерений сразу же после осаждения металла. Кроме того этот метод может быть легко масштабируется и не ограничивается 2 дюйма пластин. Благодаря широкой коммерческой доступности монодисперсных высокого качества полимерных nanospheres это просто для настройки оптических свойств этих структур, просто начиная с по-разному размера nanospheres.
В этом протоколе, техника для изготовления анизотропной Полублочные (или nanocup) золота, продемонстрированную наноструктур, используя метод, называемый коллоидный литографии. Коллоидный литографии самостоятельной сборки использует высоко монодисперсных полимерных наносферы для быстро узор подложки, который может быть дополнительно обработаны в подложке плазмонных после распыления покрытия тонким слоем золота. Кроме того можно настроить анизотропии субстрата, наклоняя образца субстрата течение осаждения металла. Полученных структур чувствительны к поляризации вследствие анизотропии сформированных наноструктур. Здесь, мы демонстрируем одного конкретного дела и выполнять оптических характеристик и старт для передачи структуры с прозрачной, гибкие фильм.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот протокол демонстрирует недорогостоящих и эффективных техника для изготовления периодических массивы плазмонных Золотой nanocups. Эта техника особенно выгодно, потому что он избегает серийный сверху вниз процессы, такие как Электронная литография или целенаправленного ионного пучк…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование проводилось в Тихоокеанском северо-западе Национальная лаборатория (PNNL), который находится в ведении Мемориального института Battelle Департамент энергетики (DOE) договор № ДЕ AC05-76RL01830. Авторы с благодарностью признаем поддержку от государственного департамента США через ключ проверки активов фонда (V) под межведомственного соглашения 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).
