تصميم الإثارة وتقارن معدلات بين بولاريتونس السطحية مأكل مثل الطحين وبواعث الخفيفة
Summary
ويصف هذا البروتوكول الأجهزة لتحديد الإثارة وتقارن معدلات بين بواعث الخفيفة والسطحية مأكل مثل الطحين مثل بلوخ بولاريتونس الناشئة عن المصفوفات الدورية.
Abstract
قمنا بتطوير طريقة فريدة من نوعها لقياس الإثارة وتقارن معدلات بين بواعث الخفيفة والسطحية مأكل مثل الطحين بولاريتونس (Spp) الناشئة عن المصفوفات الدورية المعدني دون إشراك تقنيات حل الوقت. قمنا بصياغة المعدلات الكميات التي يمكن أن تقاس بالقياسات الضوئية بسيطة. سيتم وصف الأجهزة على أساس انعكاسية حلها من زاوية والاستقطاب والتحليل الطيفي فوتولومينيسسينسي هنا بالتفصيل. ونهجنا فضول نظراً لبساطته، الذي يتطلب عدة مراحل الميكانيكية والبصريات الروتينية، وبالتالي الغاية بأسعار معقولة لمعظم المختبرات البحثية.
Introduction
سطح مأكل مثل الطحين بوساطة الفلورية (سبمف) وقد حظيت باهتمام كبير مؤخرا1،2،،من34،،من56. عندما يتم وضع بواعث خفيفة بالقرب من نظام plasmonic، يمكن نقل الطاقة بين بواعث والسطحية مأكل مثل الطحين بولاريتونس (Spp). وبصفة عامة، الحقول plasmonic قوية يمكن أن يعزز بقوة الإثارة من بواعث2. في نفس الوقت، كما يتم زيادة معدل الانبعاثات بسبب الكثافة–من-الدول الكبيرة تم إنشاؤها بواسطة Spp، تسفر عن تأثير بورسيل معروفة3. العمل هاتين العمليتين اليد في اليد في إنتاج سبمف. كما حفزت سبمف العديد من التطبيقات في الإضاءة الحالة الصلبة1،4، الطاقة الحصاد5و6من الكشف البيولوجي، أنه يجري حاليا تحقيقات مكثفة. على وجه الخصوص، المعرفة بمعدلات نقل الطاقة من الكائنة بواعث والعكس بالعكس، أي، الإثارة وتقارن معدلات، ذات أهمية كبيرة. ومع ذلك، هي عادة متشابكاً في عمليات الإثارة والانبعاث معا، تزال تفتقر إلى الدراسة في هذا الجانب. على سبيل المثال، معظم الدراسات فقط تحديد نسبة كفاءة الإثارة، الذي يقارن ببساطة الانبعاثات مع أو بدون Spp7. القياس الدقيق لمعدل الإثارة لا يزال مفقوداً. من ناحية أخرى، التقليدية الوقت-حل تقنيات مثل الأسفار عمر التحليل الطيفي وتستخدم بشكل روتيني لدراسة ديناميات عملية الانبعاث، ولكنها غير قادر على فصل معدل اقتران من معدل الانحلال إجمالي8. وهنا يصف لنا كيف واحدة تحدد لهم عن طريق الجمع بين نموذج معادلة معدل والزمانية إلى جانب وضع نظرية9،10. بشكل ملحوظ، فإننا نجد أنه يمكن التعبير عن الإثارة وتقارن معدلات من حيث كميات قابلة للقياس، والتي يمكن الوصول إليها عن طريق إجراء انعكاسية حلها من زاوية والاستقطاب والتحليل الطيفي فوتولومينيسسينسي. سنقوم أولاً الخطوط العريضة الصياغة ووصف ثم الأجهزة بالتفصيل. وهذا النهج هو تماما على أساس مجال التردد، وأنها لا تتطلب أي زينة وقت حلها مثل أشعة الليزر فائقة السرعة والعدادات فوتون واحد يرتبط الوقت، والتي مكلفة وصعبة في بعض الأحيان لتنفيذ8، 11-نحن نتوقع هذا الأسلوب لتكون هي تكنولوجيا تمكينية لتحديد الإثارة وتقارن معدلات بين تجاويف مدوية وبواعث الخفيفة.
ويتم إطلاع سبمف في نظم الدوري هنا. لنظام plasmonic دوري حيث يمكن أن تتولد Spp مثل بلوخ، خلاف الإثارة المباشرة والانبعاثات، التي تتميز بالإثارة كفاءة η ومعدل الانبعاثات العفوية Γr، يمكن متحمس بواعث قبل Spp واردة و تسوس عبر Spp المنتهية ولايته. وبعبارة أخرى، ظل صدى الإثارة، يتم إنشاؤها Spp واردة لإنشاء حقول plasmonic القوية التي تنشط بواعث. وبمجرد بواعث متحمس، يمكن نقل الطاقة منها إلى Spp المنتهية ولايته، الذي بعد ذلك تبديد إشعاعيا إلى أقصى الميدان، مما يؤدي إلى زيادة الانبعاثات. أنها تحدد سبمف. لبواعث اثنين من المستوى البسيط، الإثارة يشير إلى تزايد انتقال الإلكترونات من الألف إلى الياء للدول متحمس حين الانبعاث يعرف انحلال الإلكترونات مرة أخرى إلى دول الأرض، يصحبها انبعاث فوتون عند أطوال موجية محددة فرق الطاقة بين الدول متحمس وعلى الأرض. شروط سبمف الإثارة والانبعاثات المطلوبة إنجاز مرحلة معروفة مطابقة المعادلة تثير Spp الواردة والصادرة في9
(1)
حيث اليورو واليوروم الثوابت عازل العوازل والمعدن، θ و φ هي الزوايا الحادث ومداري، ف هو فترة الصفيف، λ هو الطول الموجي الإثارة أو الانبعاثات، و m و n هي إعداد صحيحة تحديد ترتيب Spp. للإثارة، سيكون وافيفيكتور في الطائرة لشعاع الليزر راج متناثرة على زخم المباراة مع Spp واردة و θ و φ معا تحديد التكوين الحادث المحدد لمثيرة Spp لتعزيز امتصاص الإلكترونية في الإثارة الطول الموجي λالسابقين. وبالمثل، للانبعاث، Spp المنتهية ولايته ستكون منصبه المتناثرة براج ليتطابق مع خط الضوء والزوايا الآن تمثل قنوات الانبعاثات المحتملة في الانبعاثات الطول الموجي λم. بيد أنه لوحظ أنه وصفها بواعث يمكن الزوجين من الطاقة إلى اتجاهي Spp نشر مع 
الذي له نفس الحجم 
لكن اتجاهات مختلفة، يمكن أن تسوس Spp عبر مزيج مختلف من (m, n) إلى أقصى حقل مكافئ. التالية (1).
باستخدام نموذج معادلة معدل والزمانية إلى جانب وضع نظرية (CMT)، ونحن نجد أن الإثارة معدل Γالسابقين، أي معدل نقل الطاقة من Spp إلى بواعث، يمكن التعبير عن9،،من1213
(2)
حيث η هو معدل الإثارة المباشرة السالفة الذكر وفي غياب Spp واردة، Γتوت هو معدل الانحلال مجموع Spp الواردة 
Γإس و Γراد هي امتصاص المقاومها ومعدلات الاضمحلال الإشعاعي Spp، و 
هي نسبة الطاقة فوتولومينيسسينسي مع أو بدون Spp واردة. من ناحية أخرى، يمكن أن تكون مكتوبة اقتران معدل Γج، أي معدل نقل الطاقة من بواعث ل Spp، كما:
(3)
حيث Γr هو معدل الانبعاثات المباشرة، 
هي نسبة الطاقة photoluminescence بين α وساطةth SPP تسوس ومنافذ مباشرة، و Γرادα و Γتوت هي أن معدلات الاضمحلال الإشعاعي لمنفذال α وأن معدلات الاضمحلال مجموع. وسوف نرى أنه بينما يمكن أن تقاس جميع معدلات تسوس SPP بالتحليل الطيفي انعكاسية، يمكن تحديد نسبة الطاقة الانبعاثات بواسطة التحليل الطيفي photoluminescence. ويمكن الاطلاع على تفاصيل الصياغات في مرجع9،10.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذا البروتوكول، وهناك العديد من الخطوات الحاسمة. الاستقرار أولاً، الميكانيكية أمر حاسم في إعداد عينة. موجه دائمة إنشاؤها بواسطة برنامج الإعداد لويدز حساس للمرحلة الفرق بين اثنين من عوارض الإضاءة. ولذلك، سوف تتحلل أي الاهتزاز أثناء وقت التعرض بالتوحيد وحافة الحدة نانوهولي. فإنه ينصح ب?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
كان يؤيد هذا البحث بالجامعة الصينية في هونج كونج من خلال 4053077 المنح المباشرة و 4441179، “حكومة كمبوديا الملكية تنافسية تخصص المنح البحثية”، 402812، و 14304314، ومنطقة للتميز آوى/ف-02/12.
Materials
| SU-8 | MicroChem | SU-8 2000.5 | |
| Adhesion solution | MicroChem | Omnicoat | |
| SU-8 Thinner (Gamma-Butyrolactone) | MicroChem | SU-8 2000 Thinner | |
| SU-8 Developer | MicroChem | SU-8 Developer | |
| Spin Coater | Chemat Technology | KW-4A | |
| HeCd laser | KIMMON KOHA CO., LTd | IK3552R-G | |
| Shutter | Thorlabs | SH05 | |
| Objective for sample preparation | Newport | U-13X | |
| Pinhole | Newport | PNH-50 | |
| Iris | Newport | M-DI47.50 | |
| Prism | Thorlabs | PS611 | |
| Rotation stage for sample preparation | Newport | 481-A | |
| Supttering Deposition System | Homemade | ||
| Rotation Stage 1 | Newport | URM80ACC | |
| Rotation Stage 2 | Newport | RV120PP | |
| Rotation Stage 3 | Newport | SR50PP | |
| Detection arm | Homemade | ||
| Quartz lamp | Newport | 66884 | |
| Fiber Bundle | Newport | 77578 | |
| Objective for measurement | Newport | M-5X & M-60X | |
| Polarizer & Analyzer | Thorlabs | GT15 | |
| Multimode Fiber | Thorlabs | BFL105LS02 | |
| Spectrometer | Newport | MS260i | |
| CCD | Andor | DV420-OE | |
| 514nm Argon Ion Laser | Spectra-Physics | 177-G01 | |
| 633nm HeNe Laser | Newport | R-32413 | |
| CdSeTe quantum dot | Thermo Fisher Scientific | q21061mp | |
| Polyvinyl alcohol polymer (PVA) | SIGMA-ALDRICH | 363073 | |
| Control program | National Instruments | LabVIEW |
References
- Okamoto, K., et al. Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells. Nature Materials. 3 (9), 601-605 (2004).
- Akselrod, G. M., et al. Leveraging Nanocavity Harmonics for Control of Optical Processes in 2D Semiconductors. Nano Letters. 15 (5), 3578-3584 (2015).
- Gontijo, I., et al. Coupling of InGaN quantum-well photoluminescence to silver surface plasmons. Physical Review B. 60 (16), 11564 (1999).
- Huang, K. C. Y., et al. Antenna electrodes for controlling electroluminescence. Nature Communications. 3, 1005 (2012).
- Atwater, H. A., Polman, A. Plasmonics for improved photovoltaic devices. Nature Materials. 9 (3), 205-213 (2010).
- Anker, J. N., et al. Biosensing with plasmonic nanosensors. Nature Materials. 7 (6), 442-453 (2008).
- Chen, Y., et al. Excitation enhancement of CdSe quantum dots by single metal nanoparticles. Applied Physics Letters. 93 (5), 053106 (2008).
- Birowosuto, M. D., Skipetrov, S. E., Vos, W. L., Mosk, A. P. Observation of Spatial Fluctuations of the Local Density of States in Random Photonic Media. Physical Review Letters. 105 (1), 013904 (2010).
- Cao, Z. L., Ong, H. C. Determination of coupling rate of light emitter to surface plasmon polaritons supported on nanohole array. Applied Physics Letters. 102 (24), 241109 (2013).
- Lin, M., Cao, Z. L., Ong, H. C. Determination of the excitation rate of quantum dots mediated by momentum-resolved Bloch-like surface plasmon polaritons. Optics Express. 25 (6), 6029-6103 (2017).
- Nikolaev, I. S., Lodahl, P., Driel, A. F. V., Koenderink, A. F., Vos, W. L. Strongly nonexponential time-resolved fluorescence of quantum-dot ensembles in three-dimensional photonic crystals. Physical Review B. 75 (11), 115302 (2007).
- Cao, Z. L., Lo, H. Y., Ong, H. C. Determination of absorption and radiative decay rates of surface plasmon polaritons from nanohole array. Optics Letters. 37 (24), 5166-5168 (2012).
- Haus, H. A. . Waves and Fields in Optoelectronics. , (1984).
