Fabrication de tableaux de Nanocup or périodique à l’aide de lithographie colloïdale
Summary
Nous montrer la fabrication de tableaux périodiques nanocup or en utilisant des techniques lithographiques colloïdales et discuter de l’importance des films nanoplasmonic.
Abstract
Au sein de ces dernières années, le domaine de la plasmonique a explosé que les chercheurs ont démontré passionnantes applications liées au chimiques et optiques de détection en combinaison avec les nouvelles techniques de nanofabrication. Un plasmon est un quantum d’oscillation de densité de charge qui donne l’échelle nanométrique métaux comme l’or et l’argentée des propriétés optiques uniques. En particulier, les nanoparticules d’or et d’argent pièce oscillations de densité de charge de résonances-collectif plasmon de surface localisées sur la surface de la NANOPARTICULE-dans le spectre visible. Ici, nous nous concentrons sur la fabrication de tableaux périodiques de nanostructures plasmoniques anisotrope. Ces structures écoquillés (ou nanocup) peuvent exposer un supplémentaire unique lumière-flexion et dépendant de la polarisation des propriétés optiques qui nanostructures isotrope simple ne peut pas. Les chercheurs sont intéressés par la fabrication de tableaux périodiques de nanocups pour une grande variété d’applications telles que des appareils optiques peu coûteux, Raman exaltée de surface de diffusion et de sabotage indication. Nous présentons une technique évolutive basée sur une lithographie colloïdale dans laquelle il est possible de fabriquer facilement des grands tableaux périodiques de nanocups à l’aide d’enduction centrifuge et self-assembled nanosphères de polymères commercialement disponible. Microscopie et spectroscopie optique du visible au proche infrarouge (proche infrarouge) a été effectuée pour confirmer le succès nanocup fabrication. Nous concluons avec une démonstration du transfert de nanocups d’un film adhésif flexible et conforme.
Introduction
L’émergence de la plasmonique parallèlement à l’amélioration de nanofabrication et de techniques de synthèse ont abouti à une grande variété de technologies passionnantes telles que subsidiaire diffraction limitée circuity améliorées de détection chimique etde télédétection optique 1 ,2,3. Dans ce protocole, nous démontrons une technique évolutive et relativement peu coûteuse capable de fabriquer des substrats plasmoniques nanopatterned à l’aide des nanosphères de polymères commercialement disponibles et une étape de gravure suivi par dépôt métallique. Contrairement aux autres techniques de fabrication nanopatterned substrats, tels que les électrons de lithographie par faisceau4, cette technique peut rapidement et efficacement être dimensionnée à plaquettes de 300 mm et au-delà avec un minimum d’effort et utilise un transfert étape pour produire flexible et projection de films5.
Depuis l’époque romaine, nous savons que certains métaux comme l’or et l’argent peut avoir des propriétés optiques brillantes lorsqu’ils sont finement divisés. Aujourd’hui, nous comprenons que ces particules métalliques présentent un effet appelé la « résonance plasmonique de surface localisés » (LSPR) lorsque leurs dimensions s’approchent de l’échelle nanométrique. LSPR est analogue à une onde stationnaire dans lequel les électrons faiblement liés trouvés dans le métal oscillent cohérente lors de certaines fréquences s’illumine les particules métalliques. Nanostructures anisotropes sont particulièrement intéressants car les résonances optiques uniques peuvent émerger à la suite de symétrie6,7,8.
L’éclairage des structures écoquillés (nanocup) avec la lumière peut exciter dipôle électrique ou les modes de plasmon dipôle magnétique, selon des facteurs tels que l’angle de la déposition du métal, l’orientation du substrat en ce qui concerne la lumière incidente et le polarisation de la lumière incidente9. Nanocups ont souvent été considérée comme analogues à trois dimensions cercle résonateurs, dans laquelle la fréquence de résonance peut comme un oscillateur LC10,11. La fréquence de résonance pour la taille des nanosphères polymère utilisé ici (170 nm), la quantité d’or déposé (20 nm), et les taux d’etch produisent des fréquences de résonance s’étendant sur le visible et proche IR
Les propriétés optiques de la nanocups d’or peuvent être mesurées en transmission ou en réflexion, selon le substrat utilisé pour l’enduction centrifuge. Dans le protocole présenté, nous avons choisi d’utiliser des plaquettes de silicium de 2 po comme substrat et effectuer des mesures de réflectance après dépôt métallique. Les mesures ont été effectuées à l’aide d’un microscope couplé à un spectromètre dispersif avec une source lumineuse halogène. Nous avons également eu le succès avec l’aide de substrats de verre, ce qui permet pour les mesures de transmission et de réflexion qui suit immédiatement le dépôt métallique. En outre, cette technique peut facilement évoluer et n’est pas limitée à plaquettes de 2 po. En raison de la disponibilité commerciale des nanosphères de polymère monodispersé de haute qualité, il est simple de régler les propriétés optiques de ces structures en commençant simplement par nanosphères de différente taille.
Dans ce protocole, une technique pour fabriquer anisotrope or écoquillés (ou nanocup), les nanostructures à l’aide d’une méthode appelée Lithographie colloïdale est démontrée. Lithographie colloïdale utilise auto-assemblage de hautement monodisperses nanosphere polymérique pour modèle rapidement un substrat qui peut être transformé en un substrat plasmonique après pulvérisation enduit d’une fine couche d’or. De même, il est possible de régler l’anisotropie du substrat en inclinant le substrat de l’échantillon au cours de l’evaporateur. Les structures qui en résultent sont sensibles à la polarisation à cause de l’anisotropie de la nanostructure formée. Ici, nous démontrons un particulier affaire et effectuer la caractérisation optique et décollage pour les structures de transfert d’un film transparent et flexible.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce protocole montre une technique efficace et peu coûteuse pour la fabrication de tableaux périodiques de plasmoniques nanocups or. Cette technique est particulièrement intéressante car elle évite la série descendante processus tels que la lithographie par faisceau d’électrons ou faisceau ionique focalisé de fraisage. La technique présentée indique que peut être self-assembled nanosphères de polymères commercialement disponibles d’une manière simple de servir comme un modèle de taille nanométrique pou…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été effectuée à la Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), qui est exploité par Battelle Memorial Institute pour le Department of Energy (DOE) sous le contrat no. DE-AC05-76RL01830. Les auteurs gratitude le soutien accordé par le U.S. Department of State, par le biais de la clé de vérification actifs (fonds V) sous SIAA15AVCVPO10 d’accord interinstitutions.
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).
