Plasmonics और Nanophotonics में अनुप्रयोगों के लिए Nanopatch एंटेना की कोलाइडयन संश्लेषण

Summary

चांदी nanocubes और उप 10 एनएम अंतराल के साथ plasmonic nanoscale पैच एंटेना के निर्माण के कोलाइडयन संश्लेषण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया है।

Abstract

हम एक चिकनी सोने की फिल्म के साथ संयोजन में इन के उपयोग चांदी nanocubes की कोलाइडयन संश्लेषण और के लिए एक तरीका मौजूद है, plasmonic nanoscale पैच एंटेना बनाना। यह परत दर परत polyelectrolyte पॉलिमर, के बयान अर्थात् पाली (allylamine) हाइड्रोक्लोराइड (PAH) और polystyrene sulfonate (पीएसएस) का उपयोग स्थूल क्षेत्रों पर एक अच्छी तरह से नियंत्रित मोटाई के साथ पतली फिल्मों के निर्माण के लिए एक विस्तृत प्रक्रिया भी शामिल है। ये polyelectrolyte स्पेसर परतों चांदी nanocubes और एक सोने की फिल्म के बीच में एक अचालक अंतर के रूप में सेवा करते हैं। nanocubes या खाई मोटाई के आकार को नियंत्रित करके, plasmon अनुनाद 700 एनएम के लिए लगभग 500 समुद्री मील दूर से देखते जा सकता है। अगला, हम कैसे nanopatch एंटेना की अचालक बहुलक अंतराल के क्षेत्र में जैविक sulfo-cyanine5 कार्बोक्जिलिक एसिड (Cy5) डाई अणु को शामिल करने के लिए प्रदर्शित करता है। अंत में, हम बहुत प्रेतसंबंधी उत्तेजना ऊर्जा और टी के साथ plasmon अनुनाद मेल द्वारा Cy5 रंगों के प्रतिदीप्ति बढ़ाकर दिखानेवह अवशोषण शिखर Cy5। यहाँ प्रस्तुत विधि कोलाइडयन संश्लेषण और कम लागत और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए क्षमता के साथ एक परत दर परत डुबकी कोटिंग प्रक्रिया का उपयोग अच्छी तरह से नियंत्रित आयामों के साथ plasmonic nanopatch एंटेना के निर्माण के लिए सक्षम बनाता है। ये nanopatch एंटेना संवेदन, ultrafast optoelectronic उपकरणों में और उच्च दक्षता photodetectors के लिए उदाहरण के लिए, व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए महान वादा पकड़।

Introduction

हाल के वर्षों में, नैनोकणों के कोलाइडयन संश्लेषण और उन्नत संरचनाओं में इनमें से विधानसभा दोनों अनुसंधान और औद्योगिक विकास में महान हितों को आकर्षित किया है। ^1-4 नैनोकणों के कोलाइडयन संश्लेषण बेहतर आकार एकरूपता, कम लागत और सहित पत्थर के छापे से छापने से गढ़े nanostructures पर कई फायदे हैं बड़े पैमाने पर, समानांतर उत्पादन की संभावना है।

इस तरह चांदी (एजी) और सोने (एयू) स्थानीय सतह plasmon polaritons का समर्थन है और एक मात्रा विवर्तन सीमा से बहुत छोटे में प्रकाश सीमित करने की क्षमता हो सकती है के रूप में धातु नैनोकणों। ^1,3-5 जिसके परिणामस्वरूप उच्च तीव्रता क्षेत्र एक स्थानीय बढ़ाया बनाता है प्रकाश मामले पर बातचीत को सक्षम करने राज्यों के घनत्व nanoscale पर अनुरूप किया जा सके। हाल के प्रयासों प्रक्रियाओं आकारों और आकार, त्रिकोण, ^4,6 पिंजरों, ^3,4 और छड़ सहित, की एक विस्तृत श्रृंखला में एजी और Au नैनोकणों के संश्लेषण के लिए प्रदर्शन किया हैNanocubes यहाँ पर चर्चा के अलावा ^4,7,8। कई एजी या Au nanocomponents से बना nanostructures भी प्रदर्शन अनुरूप गुण निर्मित किया गया है। ^1,9-11

यहाँ, हम आदेश plasmonic nanopatch एंटेना के लिए फार्म में एक अंतर्निहित Au फिल्म के साथ इन एजी nanocubes एजी nanocubes के संश्लेषण के लिए और अधिक महत्वपूर्ण बात, कुछ करने के लिए एक प्रक्रिया का प्रदर्शन। एजी nanocubes और Au फिल्म के बीच की दूरी polyelectrolyte स्पेसर परतों की एक श्रृंखला का उपयोग करके ~ 1 एनएम संकल्प के साथ नियंत्रित किया जा सकता है। हम यह भी कैसे, इस तरह के एक कार्बनिक डाई के रूप में एक सक्रिय मध्यम शामिल करने के लिए, plasmonic nanopatch एंटेना में प्रदर्शित करता है। Nanocubes और Au फिल्म के बीच की खाई को इस क्षेत्र में जोरदार सीमित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के कारण, nanopatch एंटेना अत्यधिक बढ़ाया प्रतिदीप्ति और एम्बेडेड डाई अणु की सहज उत्सर्जन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। ^12,13 इस पत्र में प्रस्तुत तरीकों सामान्यीकरण नहीं किया जा सकता है अन्य emitters करने के लिए, सफलताकोलाइडयन ठोस राज्य क्वांटम डॉट्स ¹⁴ या दो आयामी अर्धचालक सामग्री, ¹⁵ और plasmon अनुनाद के रूप में ज nanocubes या अंतराल के आकार अलग से एक विस्तृत वर्णक्रमीय रेंज पर देखते जा सकता है।

Protocol

सावधानी: (जैसे केंद्रित नाइट्रिक एसिड (15.698 एम HNO 3) और हाइड्रोक्लोरिक एसिड (6 एम एचसीएल) के रूप में) कई रसायन इन प्रक्रियाओं में इस्तेमाल खतरनाक हैं। उचित दस्ताने, आंखों की सुरक्षा और अन्य सुरक्षा उपकरणों का इस्तेमाल किया जाना चाहिए। उपयोग करने से पहले सभी रसायनों की सामग्री सुरक्षा datasheets (एमएसडीएस) को देखें। 1. Nanocube संश्लेषण अभिकर्मकों की तैयारी नोट: एथिलीन ग्लाइकोल (ईजी) निर्जल होना चाहिए। ईजी कंटेनर की टोपी बंद जब भी यह जल अवशोषण को रोकने के लिए उपयोग नहीं किया है। रजत trifluoroacetate (एजीसी 2 एफ 3 हे 2) प्रकाश करने के लिए इसलिए एजीसी 2 एफ 3 हे 2 समाधान अंतिम चरण में तैयार किया जाता है बहुत ही संवेदनशील है। जैसे की 13.5 मिलीलीटर में नैश के 1 मिलीग्राम भंग द्वारा 1.3 मिमी सोडियम hydrosulfide हाइड्रेट (नैश) समाधान तैयार है। जैसे की 5 मिलीलीटर में पीवीपी की 0.1 ग्राम भंग करके 20 मिलीग्राम / एमएल पाली vinylpyrrolidone (पीवीपी) समाधान तैयार है। 3 मिमी hy तैयारजैसे की 4.9975 मिलीग्राम के साथ 6.0 मीटर तरल एचसीएल समाधान के 2.5 μl मिश्रण से drochloric समाधान। जैसे की 0.8 मिलीलीटर में एजीसी 2 एफ 3 हे 2 की 0.1 ग्राम भंग करके एजीसी 2 एफ 3 हे 2 समाधान तैयार है। उपकरण सेटअप दौर नीचे कुप्पी (RBF) और केंद्रित के साथ अपनी टोपी (70%, 15.698 एम) नाइट्रिक एसिड HNO 3 साफ करें। HNO 3 के साथ RBF भरें और 30 मिनट के लिए पर टोपी डाल दिया। सुनिश्चित टोपी एसिड छू लेती है। बाद HNO 3 एसिड, स्वच्छ de-ionized (डीआई) पानी के साथ फिर से RBF और टोपी साफ। बाद में RBF और टोपी सुखाने के लिए स्वच्छ नाइट्रोजन गैस का प्रयोग करें। RBF और अपनी टोपी को साफ और शुष्क होना चाहिए। 30 मिनट के लिए HNO 3 में डुबो कर एक चुंबकीय सरगर्मी बार साफ करें। HNO 3 के बाद, यह डि पानी के साथ फिर से साफ और स्वच्छ नाइट्रोजन गैस के साथ सूखी। एक हीटिंग स्नान तैयार करें। एक सिलिकॉन तरल पदार्थ स्नान (चित्रा 1 ए में दिखाया गया है) की जगहएक अच्छी तरह से नियंत्रित तापमान के साथ एक सरगर्मी hotplate के शीर्ष पर। तरल पदार्थ स्नान तापमान पर नजर रखने के लिए एक बाहरी थर्मामीटर का उपयोग करें। 150 डिग्री सेल्सियस के तापमान और 260 rpm के लिए सरगर्मी गति सेट करें। एक क्लैंप के साथ RBF माउंट के रूप में चित्रा 1 बी में दिखाया गया है। RBF में चुंबकीय सरगर्मी बार (कदम 1.2.3 में तैयार) रखें। संश्लेषण प्रक्रिया हीटिंग स्नान में डुबकी RBF (तरल में लगभग 10 मिमी गहरी, देखो आंकड़े 1 ए -1 बी)। RBF में ईजी समाधान के 10 मिलीलीटर जगह के लिए एक micropipette का प्रयोग करें। RBF पर टोपी रख दिया और 20 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें। इस कदम का उद्देश्य RBF फिर, जैसे के साथ इस बार साफ करने के लिए है। 20 मिनट के बाद, टोपी को हटा दें और फिर हीटिंग स्नान से बाहर RBF उठा, एक निपटान कंटेनर में जैसे की 10 मिलीलीटर डालना। नोट: ईजी समाधान गर्म है (150 डिग्री सेल्सियस) और यह पूरी दबाना बाहर (चित्रा 1 बी) लेने के लिए सिफारिश की है। यकीन वें बनानेचुंबकीय सरगर्मी बार में (कदम 1.2.5 देखें) गिर नहीं करता है। RBF हीटिंग स्नान में वापस रखो (कदम 1.3.1 देखें)। RBF में ईजी के 5 मिलीलीटर जगह है और पर टोपी डाल करने के लिए एक micropipette का प्रयोग करें। 5 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें। RBF की टोपी ले लो, एक micropipette का उपयोग RBF में (ऊपर चरण 1.1.1 में तैयार के रूप में) नैश के 60 μl जगह है। पीठ पर टोपी डाल दिया। 2 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें। RBR की टोपी ले लो, एक micropipette का उपयोग RBF में (ऊपर चरण 1.1.3 में तैयार के रूप में) एचसीएल समाधान के 500 μl जगह है। इसके तत्काल बाद पिछले चरण के बाद, एक micropipette का उपयोग RBF में (ऊपर चरण 1.1.2 में तैयार के रूप में) पीवीपी समाधान के 1.25 मिलीलीटर जगह है। पीठ पर टोपी डाल दिया। 2 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें। RBF की टोपी ले लो, एक micropipette का उपयोग RBF में (ऊपर चरण 1.1.4 में तैयार के रूप में) एजीसी 2 एफ 3 हे 2 समाधान के 400 μl जगह है। पीठ पर टोपी डाल दिया। 2 के लिए प्रतीक्षा करें।5 घंटा। एजी nanocubes इस कदम के दौरान आकार लेते हैं। यदि संभव हो तो, इस समय के दौरान, एक न्यूनतम करने के लिए कमरे की बत्ती को कम। 2.5 घंटे के बाद, हीटर बंद कर देते हैं लेकिन तल पर तरल पदार्थ जलने से बचने के लिए सरगर्मी छोड़ दें। हीटिंग स्नान ऊपर RBF जुटाने के लिए दबाना (चित्रा 1 बी में दिखाया गया है) का प्रयोग करें। टोपी निकालें। हीटिंग स्नान ऐसी है कि यह तेजी से ठंडा हो जाएगा से RBF निकालें। बाद ~ 20 मिनट, RBF में एसीटोन के 5 मिलीलीटर जोड़ें। आदेश में यह अच्छी तरह से भंवर समाधान मिश्रण करने के लिए। अंत में, समाधान की कुल मात्रा 12 मिलीग्राम है। चित्रा 2A देखें। एक micropipette का प्रयोग करें और आठ छोटे 1.5 मिलीलीटर की प्लास्टिक ट्यूबों के लिए अंतिम समाधान हस्तांतरण। 10 मिनट के लिए 5150 XG घंटा की रफ्तार से इन आठ ट्यूबों अपकेंद्रित्र। नतीजतन, सभी एजी nanocubes ट्यूबों के नीचे पर किया जाएगा। प्रत्येक ट्यूब के तल पर शीर्ष सतह पर तैरनेवाला 100 μl दूर करने के लिए, छोड़ने ~ एक micropipette का प्रयोग करें। इनमें से प्रत्येक में डि पानी के 1 मिलीलीटर भरेंट्यूब (1.3.17 कदम से प्राप्त)। भंवर और sonicate (5 मिनट) ट्यूबों। Nanocubes अब मुख्य रूप से डि पानी में निलंबित कर दिया है। अपकेंद्रित्र फिर आठ ट्यूबों के 5 मिनट के लिए 5,150 XG पर कदम 1.3.18 में तैयार किया। सभी एजी nanocubes ट्यूबों के नीचे पर किया जाएगा। शीर्ष सतह पर तैरनेवाला दूर करने के लिए, प्रत्येक ट्यूब के नीचे करीब 100 μl छोड़ने एक micropipette का प्रयोग करें। कदम 1.3.19 से प्राप्त की नलियों में से प्रत्येक में डि पानी के 1 मिलीलीटर भरें। भंवर और sonicate ट्यूबों। Nanocubes अब डि पानी में निलंबित कर दिया है। अंतिम nanocube समाधान इस संश्लेषण से प्राप्त एक उदाहरण के रूप में चित्रा 2 बी में दिखाया गया है। 2. सोने फिल्म वाष्पीकरण नोट: एक इलेक्ट्रॉन बीम बाष्पीकरण के साथ क्रोमियम (सीआर) एक आसंजन परत के रूप में अभिनय पर खरीदा cleanroom स्लाइड साफ सोने (एयू) फिल्मों जमा करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। वाष्पीकरण की प्रक्रिया एक निर्वात चैम्बर के अंदर जगह लेता है, स्वतंत्र रूप से लुप्त हो जाना करने के लिए सक्रिय करने के अणुओंचैम्बर में और फिर सब्सट्रेट पर उदात्तीकरण। ऑपरेशन प्रक्रिया है: चैम्बर वेंट, "ऑटो वेंट" दबाकर। गुंबद में खोलें कक्ष के दरवाजे और लोड substrates। दरवाजा बंद करने और "ऑटो पम्प" दबाने से नीचे पंप, यह लगभग 1 घंटा लेता चैम्बर नीचे पंप करने के लिए जब तक दबाव से नीचे 5 × 10 -6 Torr है। नुस्खा संपादित करें। परत # 1: सीआर, मोटाई: 5 एनएम, जमा दर: 1 ए / सेकंड; परत # 2: Au, मोटाई: 50 एनएम, जमा दर: 2 ए / सेकंड। वांछित वैक्यूम स्तर तक पहुँचने पर, पहली धातु के बयान प्रक्रिया स्वत: "ऑटो भागो" दबाने से शुरू होगा। नोट: बयान के दौरान, उच्च वोल्टेज मॉड्यूल पर दिया जाता है और वोल्टेज 10 केवी है। गन रोटेशन मॉड्यूल पर दिया जाता है, और स्थिरता रोटेशन 20 rpm है। पहली परत समाप्त होने के बाद, सिस्टम स्वचालित रूप से दूसरी धातु की जेब स्थान पर ले जाने और deposi शुरू कर देंगेtion। बाद पूरी प्रक्रिया को पूरा हो गया है, प्रेस "ऑटो वेंट" कक्ष को बाहर निकलने और नमूना लेने के लिए बाहर। नोट: Au फिल्म की कुल मोटाई 50 एनएम था और सतह खुरदरापन 0.7 एनएम के एक परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (AFM) एक ठेठ जड़ उपज का उपयोग मतलब वर्ग (आरएमएस) मापा गया था। कोई विशेष उपचार Au फिल्म बयान से पहले खरीदा गिलास substrates के प्रदर्शन किया गया था। 3. पीई परतें के बयान अभिकर्मकों की तैयारी सोडियम क्लोराइड (NaCl) समाधान के लिए, मिश्रण डि पानी की 500 मिलीलीटर के साथ सोडियम क्लोराइड पाउडर के 29 जी। polystyrene sulfonate (पीएसएस) समाधान के लिए, डि पानी की 500 मिलीलीटर के साथ सोडियम क्लोराइड पाउडर के 29 ग्राम के मिश्रण तो पीएसएस शेयर समाधान के 1.5 मिलीलीटर जोड़ें। पाली (allylamine) हाइड्रोक्लोराइड (PAH) समाधान के लिए, डि पानी की 500 मिलीलीटर के साथ सोडियम क्लोराइड पाउडर के 29 ग्राम के मिश्रण तो पीएएच का 132 मिलीग्राम जोड़ें। परत दर परत बयान ध्यान दें:पीएएच थोड़ा सकारात्मक आरोप लगाया है, जबकि पीएसएस थोड़ा नकारात्मक आरोप लगाया है। जैसा कि ऊपर धारा 2 में गढ़े Au फिल्म थोड़ा नकारात्मक आरोप लगाया है, एक पीएएच परत पहले जमा किया जाएगा। नीचे दिए गए चरणों के विवरण में प्रदर्शन कैसे पांच पीई परतें जमा करने होंगे: पीएएच / पीएसएस / पीएएच / पीएसएस / पीएएच। सबसे पहले, 5 मिनट के लिए सोने की फिल्म (ऊपर धारा 2 में गढ़े) एक पीएएच समाधान में (कदम 3.1.3 में तैयार) डुबो कर एक पीएएच परत जमा। यह ~ 1 एनएम की मोटाई के साथ Au फिल्म के शीर्ष पर एक पीएएच परत में यह परिणाम है। 5 मिनट के बाद, स्वच्छ डि पानी के साथ Au फिल्म + 1 पीएएच परत कुल्ला। 1 मिनट के लिए एक NaCl समाधान (कदम 3.1.1 में तैयार) में Au फिल्म + 1 पीएएच परत विसर्जित कर दिया। 5 मिनट के लिए एक पीएसएस समाधान में Au फिल्म + 1 पीएएच परत (कदम 3.2.3 के बाद) विसर्जित कर दिया। इस पीएएच परत के शीर्ष पर ~ 1 एनएम की मोटाई के साथ एक पीएसएस परत में यह परिणाम है। 5 मिनट के बाद, स्वच्छ डि पानी के साथ Au फिल्म + 1 पीएएच परत +1 पीएसएस परत कुल्ला। Au Fil विसर्जितमीटर + 1 पीएएच 1 मिनट के लिए सोडियम क्लोराइड समाधान में परत + 1 पीएसएस परत। 5 मिनट के लिए पीएएच समाधान में Au फिल्म + 1 + 1 पीएएच परत पीएसएस परत विसर्जित कर दिया। (ऊपर चरण 3.2.4 में तैयार) इस पीएसएस परत के शीर्ष पर ~ 1 एनएम की मोटाई के साथ एक और पीएएच परत में यह परिणाम है। 5 मिनट के बाद, Au फिल्म + 1 पीएएच +1 साफ डि पानी के साथ पीएसएस + 1 पीएएच परतों कुल्ला। 1 मिनट के लिए सोडियम क्लोराइड समाधान में Au फिल्म + 1 + 1 पीएएच पीएसएस + 1 पीएएच परतों को विसर्जित कर दिया। 5 मिनट के लिए पीएएच समाधान में Au फिल्म + 1 + 1 पीएएच पीएसएस + 1 पीएएच परतों को विसर्जित कर दिया। इस पीएएच परत (जो ऊपर चरण 3.2.7 में तैयार किया गया था) के शीर्ष पर ~ 1 एनएम की मोटाई के साथ एक दूसरे पीएसएस परत में यह परिणाम है। 5 मिनट के बाद, Au फिल्म + 1 पीएएच +1 पीएसएस + 1 + 1 पीएएच पीएसएस साफ डि पानी के साथ परतों कुल्ला। विसर्जित कर दिया Au फिल्म + 1 + 1 पीएएच पीएसएस + 1 पीएएच 1 मिनट के लिए सोडियम क्लोराइड समाधान में +1 पीएसएस परतें। 5 मिनट के लिए पीएएच समाधान में Au फिल्म + 1 + 1 पीएएच पीएसएस + 1 पीएएच +1 पीएसएस परतों को विसर्जित कर दिया। यह परिणामपीएसएस परत (जो ऊपर कदम 3.2.10 में तैयार किया गया था) के शीर्ष पर ~ 1 एनएम की मोटाई के साथ एक और पीएएच परत में है। अंत में, Au फिल्म + 1 + 1 पीएएच पीएसएस + 1 पीएएच +1 पीएसएस + 1 डि पानी के साथ पीएएच कुल्ला और साफ नाइट्रोजन गैस का उपयोग नमूना सूखी। नोट: पांच पीई परतों की कुल मोटाई 65 डिग्री के कोण पर घटना एक स्पेक्ट्रोस्कोपी ellipsometer का उपयोग कर हवा में मापा गया था, 70 डिग्री, और 75 डिग्री, 5.0 ± 0.1 एनएम की मोटाई से बेदखल। 4. Cy5 डाई अणु के बयान विलायक के रूप में डि पानी के साथ एक 25 माइक्रोन के Cy5 समाधान तैयार है। नमूना की सतह 10 मिनट के लिए एक 25 माइक्रोन के Cy5 समाधान के 100 μl के लिए (ऊपर धारा 3 में वर्णित के रूप में है, जो पांच पीई परतों की एक श्रृंखला है) को बेनकाब। पहली बूंद नमूना की सतह पर Cy5 समाधान (4.1 चरण में तैयार) के 100 μl डाली और फिर समाधान बूंद के शीर्ष पर एक कवर पर्ची जगह है। Cy5 अणुओं टी में शामिल होगावह शीर्ष पीई परतों समान रूप से। 10 मिनट के बाद, डि पानी के साथ नमूना कुल्ला और साफ नाइट्रोजन गैस के साथ सूखी। 5. nanocubes के बयान Nanopatch एंटेना फार्म (एनपीए) डि पानी का उपयोग कर व्यक्ति को एनपीए के ऑप्टिकल अध्ययन सक्षम करने के लिए 1/100 का एक पहलू से nanocube समाधान धारा 1 से प्राप्त पतला। एक साफ कवर पर्ची पर पतला nanocube समाधान (5.1 कदम में तैयार) के 20 μl की एक बूंद जगह के लिए एक micropipette का प्रयोग करें। 2 मिनट के लिए कवर पर्ची के साथ संपर्क में नमूना (धारा 4 में तैयार) रखें। एजी nanocubes में यह परिणाम शीर्ष टर्मिनल पीएएच परत पर स्थिर हो सकता है क्योंकि यहां संश्लेषित nanocubes नकारात्मक आरोप लगाया जाता है और शीर्ष पीएएच परत सकारात्मक आरोप लगाया है। 2 मिनट के बाद, डि पानी और साफ नाइट्रोजन गैस के साथ सूखे के साथ नमूना कुल्ला। नोट: कदम 5.1 – 5.3 प्रक्रिया का वर्णन एक अंधेरे क्षेत्र मीटर का उपयोग कर एकल एनपीए के ऑप्टिकल अध्ययन के लिए एक नमूना तैयार करने के लिएicroscope (अंधेरे क्षेत्र बिखरने)। परावर्तन मापन के लिए एक नमूना तैयार करने के लिए, एक समान प्रक्रिया 5.1 कदम में सिवाय इसके कि लागू किया जाता है मूल nanocube समाधान 1/10 के बजाय 1/100 का एक पहलू से पतला है। 6. ऑप्टिकल माप नोट: एक कस्टम बनाया ऑप्टिकल bright- / अंधेरे क्षेत्र माइक्रोस्कोप इन मापों में प्रयोग किया जाता है। एनपीए एक लंबे समय तक काम दूरी bright- / काले क्षेत्र उद्देश्य के माध्यम से एक सफेद प्रकाश स्रोत से प्रकाशित कर रहे हैं। परिलक्षित / एनपीए से बिखरे हुए प्रकाश एक ही उद्देश्य से एकत्र किया जाता है। एक पिनहोल एपर्चर (50 माइक्रोन व्यास) एक व्यक्ति nanoantenna से संकेत चयन करने के लिए एक छवि विमान में प्रयोग किया जाता है। एक डिजिटल कैमरा एक रंग छवि पर कब्जा करने के लिए प्रयोग किया जाता है। एक स्पेक्ट्रोमीटर और एक प्रभारी युग्मित डिवाइस (सीसीडी) कैमरा वर्णक्रमीय डेटा प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। प्रतिदीप्ति माप के लिए, एक 633 एनएम निरंतर तरंग HeNe लेजर उत्तेजना के लिए इस्तेमाल किया जाता है और संकेत प्रेतसंबंधी एक लंबे पास फिल्टर द्वारा फ़िल्टर किया गया था। <ol> एकल एनपीए के अंधेरे क्षेत्र बिखरने स्पेक्ट्रम सफेद रोशनी रोशनी के तहत, नमूना है कि धारा 5. सफेद रोशनी रोशनी के तहत में तैयार किया गया था पर एक एनपीए की पहचान, अलग-अलग एनपीए के रूप में चित्रा 4C में दिखाया गया है, उज्ज्वल के रूप में लाल या गुलाबी रंग का डॉट्स दिखाई देते हैं। पिनहोल एपर्चर एक अनुवाद मंच का उपयोग के साथ एक एकल एनपीए संरेखित करें। सुनिश्चित करें कि एनपीए के अंधेरे क्षेत्र बिखरने छवि अभी भी पिनहोल एपर्चर के बाद मनाया जाता है। एनपीए से बिखरे हुए प्रकाश स्पेक्ट्रोमीटर और एक 1 सेकंड के समय के साथ एकीकरण सीसीडी कैमरे का उपयोग करने का एक स्पेक्ट्रम मोल। क्योंकि एपर्चर क्षेत्र (50 माइक्रोन) एनपीए के भौतिक आकार की तुलना में बहुत बड़ा है (~ 75 एनएम) स्पेक्ट्रम बिखरे हुए प्रकाश एनपीए से अलावा एनपीए आसपास के क्षेत्र से संकेत करने के लिए होता है। किसी भी एनपीए बिना एक क्षेत्र के लिए नमूना ले जाएँ और एक 1 एकीकरण समय के साथ एक और स्पेक्ट्रम हासिल। यह स्पेक्ट्रम से बिखरे हुए प्रकाश का प्रतिनिधित्व करता हैपृष्ठभूमि। एनपीए के साथ नमूना निकालें और सेटअप में एक प्रमाणित reflectance मानक नमूना रखें। आदेश एनपीए से संकेत को सामान्य बनाने में एक 0.1 सेकंड एकीकरण के समय के साथ बिखरे हुए प्रकाश की एक स्पेक्ट्रम मोल। पिनहोल एपर्चर बंद है और किसी भी इनपुट संकेत के बिना एक 0.1 सेकंड एकीकरण समय के साथ एक स्पेक्ट्रम हासिल। यह स्पेक्ट्रम सीसीडी अंधेरे में गिना जाता प्रतिनिधित्व करता है। इस प्रकार के रूप में एक एनपीए के अंतिम बिखरने स्पेक्ट्रम की गणना: जहां मैं एनपीए + पृष्ठभूमि, मैं पृष्ठभूमि, मैं सफेद रोशनी, मैं अंधेरे सीसीडी बिखरने स्पेक्ट्रा कदम 6.1.3, 6.1.4, 6.1.5 और 6.1.6, क्रमशः से मापा जाता है। बिखरने गूंज चोटी के केन्द्रक की गणना के द्वारा एनपीए की plasmon अनुनाद निकालें। 16 एकल एन से Cy5 अणुओं के प्रतिदीप्ति वृद्धिपीए सफेद रोशनी रोशनी के तहत धारा 5. अंधेरे क्षेत्र में तैयार नमूना से ही एनपीए की पहचान, अलग-अलग एनपीए के रूप में चित्रा 4C में दिखाया गया है, उज्ज्वल के रूप में लाल या गुलाबी रंग का डॉट्स दिखाई देते हैं। पिनहोल एपर्चर एक अनुवाद मंच का उपयोग के साथ एक एकल एनपीए संरेखित करें। सुनिश्चित करें कि एनपीए के अंधेरे क्षेत्र बिखरने की छवि पिनहोल एपर्चर के बाद रखा कैमरे से पता चला है। सफेद रोशनी रोशनी को बंद करें और 633 एनएम निरंतर तरंग HeNe लेजर उत्तेजना के लिए इस्तेमाल किया पर बारी। ऑप्टिकल पथ में एक 633 एनएम लंबे पास लेजर फिल्टर सही किसी भी बिखरे हुए लेजर प्रकाश को ब्लॉक करने के क्रम में स्पेक्ट्रोमीटर के लिए प्रवेश द्वार से पहले रखें। एक 1 सेकंड एकीकरण के समय का उपयोग कर Cy5 अणुओं से उत्सर्जन की एक प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रम मोल। क्योंकि एपर्चर क्षेत्र (50 माइक्रोन) एनपीए (~ 75 एनएम) के भौतिक आकार से भी बड़ा है इस स्पेक्ट्रम wel के रूप में एनपीए में एम्बेडेड दोनों अणुओं से उत्सर्जन होता हैएनपीए आसपास के अणुओं के रूप में एल। किसी भी एनपीए बिना एक क्षेत्र के लिए नमूना ले जाएँ और एक 1 सेकंड एकीकरण के समय के साथ एक और स्पेक्ट्रम हासिल। इस स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि में अणुओं से उत्सर्जन, किसी भी एनपीए बिना प्रतिनिधित्व करता है। धारा 3 और 4 में प्रक्रिया जहां Cy5 अणुओं (एक Au फिल्म और एजी nanocubes के बिना) एक गिलास स्लाइड के शीर्ष पर पीई परतों के साथ शामिल कर रहे हैं के बाद, एक अलग नमूना है, जो एक नियंत्रण नमूने के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा तैयार करें। पिछले चरण में एक 10 सेकंड के एकीकरण के समय का उपयोग करने में तैयार नियंत्रण नमूना पर Cy5 अणुओं से उत्सर्जन की एक प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रम मोल। कदम 6.2.5, 6.2.6 और 6.2.8 में मापा प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रा का उपयोग कर, इकाई क्षेत्र और अधिग्रहण गुना सीसीडी अंधेरे में गिना जाता है, सामान्य खाते में लेने के द्वारा प्रतिदीप्ति वृद्धि कारक निर्धारित करते हैं। 12,14

Representative Results

यहाँ, हम plasmonic nanopatch एंटेना की विशेषताओं के प्रतिनिधि परिणाम, नमूना संरचना के SEM छवियों, nanopatch एंटेना के एक संग्रह का एक प्रतिबिंब स्पेक्ट्रम और एक भी nanopatch एंटीना से एक बिखरने स्पेक्ट्रम सहित दिखा। पीई परतों की संख्या है, साथ ही ढांकता हुआ सामग्री nanopatch एंटेना की plasmon अनुनाद की ऊर्जा यानी nanocubes के आकार, अचालक खाई क्षेत्र की मोटाई पर निर्भर करता है। ऊपर हम 75 एनएम के एक औसत लंबाई की ओर और थोड़ा गोल कोनों के साथ एजी nanocubes प्राप्त प्रस्तुत की प्रक्रिया में (वक्रता की त्रिज्या ~ 10 एनएम) 1-3 एनएम के एक अनुमान के अनुसार मोटाई के साथ एक पीवीपी परत में लेपित। 5 पीई परतों और फिल्म सोना, एक plasmon अनुनाद एक पूर्ण चौड़ाई-पर-आधा अधिकतम ~ 50 एनएम (FWHM) के साथ ~ 650 एनएम पर केंद्रित में इस परिणाम के साथ संयोजन में। बदले में यह टी के अवशोषण और उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य के साथ अच्छा वर्णक्रमीय ओवरलैप हैवह अणु जो क्रमश: 646 और 662 एनएम पर केंद्रित है, Cy5। चित्रा 3 ए nanocubes के एक उच्च एकाग्रता के साथ एक नमूने की एक SEM छवि को दर्शाता है। ये nanocubes 5 पीई परतों के साथ एक Au फिल्म के शीर्ष पर जमा थे। इस तरह के SEM छवियों nanocube संश्लेषण के समग्र गुणवत्ता को सत्यापित करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं; हालांकि, इन नमूनों आगे ऑप्टिकल मापन के लिए इस्तेमाल नहीं कर रहे हैं के रूप में nanocubes का घनत्व बहुत अधिक है। इसके अतिरिक्त, उच्च घनत्व के कारण, कुछ nanocubes सतह जो plasmonic nanopatch एंटीना संरचना के रूप में करने के लिए आवश्यक है पर झूठ नहीं है। चित्रा 3 बी nanocubes का एक नमूना की एक SEM छवि एक nanocube समाधान है जो 1/10 का एक पहलू से पतला कर दिया गया है का उपयोग कर निर्मित पता चलता है। यह नमूना माप जहां nanopatch एंटेना की टुकड़ी से श्वेत प्रकाश के परावर्तन निर्धारित करने के लिए मापा गया था के लिए इस्तेमाल किया जाता हैसमग्र plasmon अनुनाद। चित्रा -3 सी चलता nanocubes का एक नमूना की एक SEM छवि एक nanocube समाधान है जो 1/100 का एक पहलू से पतला कर दिया गया है का उपयोग कर गढ़े। यह नमूना एक व्यक्ति nanopatch एंटीना की माप बिखरने के लिए प्रयोग किया जाता है। पतला nanocube समाधान व्यक्तिगत nanopatch एंटेना का उपयोग सक्षम बनाता है एक छोटे पिनहोल का उपयोग करके एक छवि विमान में स्थानिक अलग होने के लिए। चित्रा -4 ए सफेद प्रकाश पृष्ठभूमि, चित्रा 3 बी। चित्रा 4 बी में SEM छवि में दिखाया गया है एक करने के लिए इसी तरह की एक नमूना से मापा साथ सामान्य बनाने के बाद, एक प्रतिबिंब स्पेक्ट्रम से पता चलता है एक एकल nanopatch नमूना में दिखाया गया है करने के लिए इसी तरह के एंटीना से एक बिखरने स्पेक्ट्रम से पता चलता है चित्रा -3 सी में SEM छवि। चित्रा 4C एक nanopatch एंटीना नमूने के एक अंधेरे क्षेत्र छवि (एक 1/10 द्वारा तैयार चलता0 पतला nanocube समाधान 5 पीई परतों के साथ एक सोने की फिल्म पर छितरी) एक Nikon D90 डिजिटल कैमरे द्वारा ली गई। मनाया चमकदार लाल डॉट्स व्यक्ति nanopatch एंटेना से श्वेत प्रकाश के प्रकीर्णन के कारण हैं। कुछ स्थानों जो गैर-घन आकार के साथ अलग अलग आकार या बड़ा नैनोकणों के साथ nanocubes का परिणाम है लाल रंग के अलावा अन्य के लिए है, मनाया जाता है। चित्रा 4D दो प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रा, एक और एक नियंत्रण Cy5 के पीई परतों की एक ही नंबर और घनत्व के साथ एक गिलास स्लाइड से मिलकर नमूना से अन्य (चित्रा -3 सी में दिखाया गया है एक के लिए एक नमूना समान से) एक एकल nanopatch एंटीना से मापा चलता डाई अणु। nanopatch एंटीना के लिए युग्मित Cy5 अणुओं से प्रतिदीप्ति तीव्रता गिलास स्लाइड पर की तुलना में ज्यादा मजबूत है। यह एक बढ़ाया उत्तेजना दर के साथ-साथ एक संशोधित विकिरण पैटर्न और डाई अणु की वृद्धि की मात्रा दक्षता का परिणाम है। 1 2 उत्तेजना स्थान आकार के साथ nanocube के तहत क्षेत्र को विभाजित करके पृष्ठभूमि प्रतिदीप्ति और प्रति इकाई क्षेत्र सामान्य के लिए सही करने के बाद, 12 हम ~ चित्रा 4D में दिखाया गया डेटा से 12,000 की एक वृद्धि कारक प्राप्त करते हैं। यह वृद्धि कारक छोटे एजी फिल्म के बजाय एक Au के उपयोग की वजह से 30,000 से 12 की संभावना की पहले से सूचना दी मूल्य, गैर विकिरणवाला घाटे में वृद्धि के साथ तुलना में है। चित्रा एजी nanocube संश्लेषण के लिए 1. उपकरण सेटअप। (ए) उपकरण तापमान नियंत्रण के साथ सरगर्मी hotplate के शीर्ष पर हीटिंग स्नान दिखा सेटअप की एक तस्वीर। (बी) के करीब दौर नीचे कुप्पी (RBF) संश्लेषण के दौरान nanocube समाधान युक्त के ऊपर एक। सेटअप उचित हवा वेंटिलेशन के साथ एक धूआं हुड के अंदर स्थित है।टीपीएस: //www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig1large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> कृपया यहाँ यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें। चित्रा 2. nanocube समाधान के चित्र। (ए) 2.5 घंटे की संश्लेषण और (बी) के छोटे ट्यूब और करने के लिए स्थानांतरण के बाद के बाद Nanocube समाधान फिर से निलंबित de-ionized पानी में। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें । चित्रा 3. SEM एजी nanocubes के अभिलक्षण। (ए) एक केंद्रित nanocube नमूना के SEM छवि, (बी) के एक पतला (1/10)nanocube नमूना है, और (सी) एक पतला (1/100) nanocube नमूना। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। चित्रा 4. nanopatch एंटेना के ऑप्टिकल अभिलक्षण। (ए) सामान्यीकृत प्रतिबिंब स्पेक्ट्रम nanopatch एंटेना (गैर-पतला nanocube समाधान) की टुकड़ी से मापा जाता है। (बी) के एक भी nanopatch एंटीना से छितराया स्पेक्ट्रम (1/100 पतला nanocube समाधान)। (सी) एक nanopatch एंटीना नमूना (1/100 पतला nanocube समाधान) सफेद रोशनी रोशनी के तहत लिया के एक अंधेरे मैदान छवि। प्रत्येक चमकदार लाल डॉट एक व्यक्ति plasmonic nanopatch एंटीना से मेल खाती है। Cy5 डाई अणु से (डी) प्रतिदीप्ति एम्बेडएक nanopatch एंटीना (लाल ठोस लाइन) कि Cy5 रंजक (धराशायी काला लाइन) के एक समान एकाग्रता के साथ एक गिलास स्लाइड से। की तुलना में ded कृपया यहाँ यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।

Discussion

रजत nanocubes रासायनिक प्रतिक्रिया की स्थिति पहले से सूचना दी syntheses के लिए इसी तरह का उपयोग कर संश्लेषित कर रहे थे। ^2,12,17-20 इस संश्लेषण की ओर से 50 से 100 एनएम को लेकर लंबाई के साथ nanocubes के निर्माण के लिए सक्षम बनाता है। उदाहरण के लिए, 2.5 घंटा की एक ठेठ हीटिंग समय ~ 75 एनएम के पक्ष लंबाई के साथ nanocubes में परिणाम होगा। एक लंबे समय तक संश्लेषण समय (> 3 घंटा) बड़ा नैनोकणों को बढ़ावा मिलेगा, तथापि, यह भी इस तरह के छोटा nanocubes या octahedrons के रूप में अलग अलग आकार में हो सकता है। अंतिम समाधान centrifuged था और विआयनीकृत पानी में फिर से निलंबित, और plasmon अनुनाद के बिखरने स्पेक्ट्रा में कोई उल्लेखनीय परिवर्तन के बिना 4 डिग्री सेल्सियस पर एक फ्रिज में कम से कम एक महीने के लिए भंडारित किया जा सकता है। ¹²

आकार और ऊपर प्रोटोकॉल में प्रस्तुत की प्रक्रिया से एजी nanocubes के आकार RBF, अपनी टोपी और सरगर्मी बार की सफाई के साथ ही ईजी समाधान की गुणवत्ता के लिए बहुत संवेदनशील होते हैं। Nanopartiइस तरह के गोल या लम्बी नैनोकणों के रूप में विभिन्न आकार के साथ cles एक संकेत है वहाँ की संभावना संश्लेषण में इन कदमों में से एक के साथ एक मुद्दा है। इसलिए यह सलाह दी जाती है कि कदम 1.1.1-1.1.4 और 1.2.1-1.2.2 गंभीर रूप से महत्वपूर्ण हैं।

एक भी nanopatch एंटीना से एकत्र बिखरने स्पेक्ट्रम 4 बी चित्र में दिखाया गया है जो 650 एनएम पर एक मजबूत plasmon अनुनाद दर्शाती है। इस तरह की एक गूंज एजी nanocube और Au फिल्म के लिए उच्च गुणवत्ता nanocubes द्वारा ही संभव बनाया बीच की खाई को क्षेत्र में एक उत्कृष्ट मोड कारावास इंगित करता है। इसके अतिरिक्त, इस तरह के एक स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए, यह भी आवश्यक है कि नमूना साफ है, स्पेसर परतों (पीई परतों) एक समान मोटाई है और कहा कि अंतर्निहित Au फिल्म चिकनी है। मजबूत plasmon अनुनाद आगे चित्रा 4C में प्रस्तुत डाटा जहां व्यक्तिगत nanopatch एंटेना अंधेरे क्षेत्र छवि में और चित्रा 4 डी में देखा जा सकता द्वारा पुष्टि की है जहां बड़े प्रतिदीप्तिवृद्धि Cy5 अंतराल के क्षेत्र में स्थित अणुओं के लिए मनाया जाता है। यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि एजी nanocubes पीवीपी कोटिंग के बावजूद समय के साथ oxidize जब हवा के संपर्क में है और इस प्रकार यह सिफारिश की है कि ऑप्टिकल माप दिन नमूना तैयार किया जाता है पर या 1 से 3 दिनों के भीतर किया जाना चाहिए। ऑक्सीकरण को कम करने के लिए, यह सिफारिश की है कि nanopatch एंटीना नमूने निर्वात या नाइट्रोजन गैस में संग्रहित किया।

इस पत्र में प्रस्तुत विधि कोलाइडयन संश्लेषण और एक परत दर परत डुबकी कोटिंग प्रक्रिया का उपयोग अच्छी तरह से नियंत्रित आयामों के साथ एजी nanocubes और plasmonic nanopatch एंटेना के निर्माण के लिए सक्षम बनाता है। जबकि नैनोकणों के एक संकीर्ण आकार के वितरण के उत्पादन जैसे ऑप्टिकल या इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी के रूप में अन्य तकनीकों के साथ तुलना में, यहाँ प्रस्तुत तकनीक कम लागत और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए क्षमता प्रदान करता है।

plasmonic nanopatch इस अखबार में प्रस्तुत एंटेना के लिए भी महान वादा पकड़डिजाइन द्वारा नए nanomaterials अद्वितीय गुण है जो उनके macroscopic समकक्षों में मौजूद नहीं हो सकता का प्रदर्शन। विशेष रूप से, इन nanoantennas रिकॉर्ड उच्च एम्बेडेड डाई 30,000 से अधिक अणुओं के प्रतिदीप्ति वृद्धि से पता चला है, 1000 के ¹² सहज उत्सर्जन की दर संवर्द्धन; ultrafast सहज उत्सर्जन और उच्च क्वांटम उपज। ^13,14 इसके अतिरिक्त, यह दिखाया गया है कि इन nanopatch एंटेना प्रदर्शनी उच्च दिशात्मक उत्सर्जन जो जहां एक बाहरी डिटेक्टर या एकल मोड फाइबर के लिए युग्मन की आवश्यकता होती है अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है करने के लिए मिलकर उत्सर्जक। Nanoscale पैच एंटेना के भविष्य अनुप्रयोगों उच्च दक्षता और फोटोवोल्टिक photodetectors उपकरणों, संवेदन और क्वांटम सूचना प्रोसेसिंग प्रौद्योगिकियों के लिए, इस तरह के डायोड प्रकाश उत्सर्जक के रूप में ultrafast optoelectronic उपकरणों, से लेकर कर सकते हैं। ^12-14

Materials

Reagents
Ethylene glycol	J.T. Baker	9300	Must be anhydrous
Sodium hydrosulfide hydrate	Sigma Aldrich	161527
Poly vinylpyrrolidone	Sigma Aldrich	856568
Hydrochroric acid BDH ARISTAR PLUS	VWR International	7647-01-0
Silver trifluoroacetate	Sigma Aldrich	482307	Store in dark place
Acetone	Sigma Aldrich	48358
Nitric acid	Sigma Aldrich	7697-37-2	concentrated (70%), for cleaning
Poly(allylamine) hydrochloride (PAH)	Sigma-Aldrich	283215
Polystyrene sulfonate  (PSS)	Sigma-Aldrich	561223
Sodium Chloride	Macron Inc.	7647
Sulfo-Cyanine5 carboxylic acid (Cy5)	Lumiprobe	13390	Fluorescent dye (molecular weight: 664.76 g/mol)
Equipments
Stirring hotplate with temperature control	VWR International	89000-338
Vortex mixers	VWR International	10153-834
Microcentrifuge	Thermoscientific	Model 59A
Silicone fluid	Sigma-Aldrich	63148-62-9
Micro-scale	Mettler Toledo	Model ML 104/03
Electron-beam metal evaporator	CHA Industries	E-beam evaporator	Located inside a clean room
Pre-cleaned glass slides	Schott North America, Inc.	Nexterion Glass B	Clean room pre-cleaned
25-mL 24/40 round-bottle flask	VWR International	60002-290
Magnetic stirring bar	VWR International	58948-116
Micropipettes (1-10mL, 10–100 mL and 100–1000 mL)	VWR International
Ultrasonic cleaning bath	Branson Ultrasonic	Model 1510R-DTH
Stopwatch	VWR International
Eppendorf centrifugation tubes (1.5 mL)	VWR International	22364111
Poly(propylene) coning tubes (50 mL)	VWR International
Home built bright/darkfield microscope			75 W Xenon white light source, Nikon BF/DF 50x ELWD 0.55 NA, 8.2 mm WD objective, Nikon D90 digital camera, Acton 2300i spectrometer, Photometrics CoolSnap HQ  charge coupled device (CCD) camera
He Ne laser (633 nm), 5 mW	New Port Co.	R-30990
Reflectance standard	Lab Sphere	Model SRS-99-010
Laser long pass filter 633 nm	Semrock	LP02-633RU-25