Fabbricazione di matrici Nanocup oro periodica mediante Litografia colloidale
Summary
Dimostriamo la realizzazione di matrici periodiche nanocup oro utilizzando tecniche litografiche colloidale e discutere l’importanza di nanoplasmonic film.
Abstract
In anni recenti, il campo di plasmonica è esploso come i ricercatori hanno dimostrato interessanti applicazioni legate alla chimica e optical sensing in combinazione con nuove tecniche di nanofabbricazione. Un plasmon è un quantum di oscillazione di densità di carica che presta su scala nanometrica metalli come oro e argento proprietà ottiche uniche. In particolare, nanoparticelle di oro e argento presentano oscillazioni di densità di carica di risonanze-collettivo plasmonica di superficie localizzata sulla superficie del componente nanoparticella dello spettro visibile. Qui, ci concentriamo sulla fabbricazione di matrici periodiche di Nanostrutture plasmoniche anisotropo. Queste strutture semiguscio (o nanocup) possono esibire ulteriore unica luce-piegatura e polarizzazione dipendente dalla proprietà ottiche non è che semplice nanostrutture isotropo. I ricercatori sono interessati nella fabbricazione di matrici periodiche di nanocups per una vasta gamma di applicazioni quali dispositivi ottici a basso costo, Superficie-enhanced Raman scattering e indicazione di manomissione. Presentiamo una tecnica scalabile basata su Litografia colloidale in cui è possibile facilmente fabbricare grandi array periodico di nanocups tramite rivestimento per rotazione e self-assembled nanosfere polimeriche disponibili in commercio. La microscopia elettronica e spettroscopia ottica dal visibile all’infrarosso (vicino-IR) è stato effettuato per confermare il successo nanocup fabbricazione. Concludiamo con una dimostrazione del trasferimento di nanocups ad una pellicola adesiva flessibile, conformal.
Introduction
L’emergere di plasmonica in combinazione con migliorata nanofabbricazione e tecniche di sintesi hanno portato su una vasta gamma di entusiasmanti tecnologie come Sub-diffrazione limitata i circuiti, migliorata individuazione di prodotti chimici edi telerilevamento ottico 1 ,2,3. In questo protocollo, dimostriamo una tecnica relativamente a basso costo e scalabile in grado di fabbricare nanostrutturata plasmoniche substrati utilizzando nanosfere polimeriche commercialmente disponibili e un passo di acquaforte seguita dalla deposizione dei metalli. A differenza di altre tecniche per la realizzazione di substrati nanostrutturati, come elettrone fascio Litografia4, questa tecnica può rapidamente ed efficientemente essere scalata a wafer da 300 mm e oltre con minimo sforzo e usi un trasferimento passo per produrre flessibile e conformal film5.
Fin dall’epoca romana, abbiamo saputo che alcuni metalli come oro e argento possono avere proprietà ottiche brillanti quando essi sono finemente suddivisi. Oggi, abbiamo capito che queste particelle metalliche esibiscono un effetto chiamato la “risonanza plasmonica di superficie localizzata” (LSPR) quando le loro dimensioni si avvicinano alla nanoscala. LSPR è analoga a un’onda stazionaria in cui elettroni debolmente legati trovati nel metallo oscillano coerentemente quando luce di certe frequenze illumina le particelle di metallo. Anisotropici nanostrutture sono di particolare interesse perché uniche risonanze ottiche possono emergere a seguito di rottura6,7,8simmetria.
L’illuminazione delle strutture semi-guscio (nanocup) con la luce può eccitare dipolo elettrico o modalità di plasmon dipolo magnetico, a seconda di fattori quali l’angolo di deposizione del metallo, l’orientamento del substrato rispetto alla luce incidente e la polarizzazione della luce incidente9. Nanocups sono state spesso considerate analoghe a tridimensionale cerchietto risuonatori, in cui la frequenza di risonanza possa approssimate come un oscillatore LC10,11. La frequenza di risonanza per la dimensione di nanosfere polimeriche utilizzate qui (170 nm), la quantità di oro depositato (20 nm), e le tariffe di etch producono frequenze di risonanza che attraversa il visibile e vicino-IR.
Le proprietà ottiche di nanocups l’oro possono essere misurate in trasmissione o riflessione, a seconda del substrato utilizzato per spin-coating. Nel protocollo presentato, abbiamo scelto di utilizzare wafer di silicio 2 pollici come il substrato ed eseguire misure in riflettanza dopo deposizione metallica. Le misurazioni sono state eseguite utilizzando un microscopio accoppiato ad uno spettrometro dispersivo con una fonte di luce alogena. Abbiamo anche avuto successo con l’utilizzo di substrati di vetro, permettendo per le misure di riflessione e trasmissione immediatamente dopo la deposizione del metallo. Inoltre, questa tecnica è facilmente scalabile e non è limitata a wafer di 2 pollici. A causa della disponibilità commercio di nanosfere polimeriche monodisperse di alta qualità, è semplice per ottimizzare le proprietà ottiche di queste strutture semplicemente iniziando con nanosfere di dimensioni diverse.
In questo protocollo, una tecnica per fabbricare anisotropo oro mezzo guscio (o nanocup), nanostrutture utilizzando un metodo chiamato Litografia colloidale è dimostrato. Litografia colloidale utilizza auto-assemblaggio di altamente monodispersi nanosfere polimerici per campire rapidamente un substrato che può essere ulteriormente trasformato in un substrato plasmonico dopo polverizza rivestimento un sottile strato di oro. Allo stesso modo, è possibile accordare l’anisotropia del substrato inclinando il substrato del campione durante la deposizione dei metalli. Le strutture risultanti sono sensibili alla polarizzazione a causa dell’anisotropia della nanostruttura formata. Qui, dimostriamo un particolare eseguire decollo per trasferire le strutture ad una pellicola trasparente, flessibile e caratterizzazione ottica e di caso.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo viene illustrata una tecnica efficiente e a basso costo per la realizzazione di matrici periodiche di plasmonici nanocups oro. Questa tecnica è particolarmente vantaggiosa perché evita seriali processi top-down come Litografia a fascio di elettroni o fascio ionico focalizzato di fresatura. La tecnica presentata mostra che commercialmente disponibili nanosfere polimeriche auto-montabile in modo semplice per servire come un modello di dimensioni nano per l’ulteriore elaborazione.
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The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata eseguita presso laboratorio nazionale Pacific Northwest (PNNL), che è funzionato dal Battelle Memorial Institute per il Department of Energy (DOE) sotto contratto no. DE-AC05-76RL01830. Gli autori riconoscono con gratitudine supporto dal U.S. Department of State, attraverso il tasto verifica patrimonio (fondo V) sotto Interagency accordo 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 |
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