Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions

أسلوب جديد يكشف أسرار BEAST الغامض النقاط الساخنة الكهرومغناطيسية نانو الحجم

Published on January 20, 2011 at 6:32 AM

وأخيرا أسرار غامضة وراء نانو الحجم "النقاط الساخنة" الكهرومغناطيسية التي تظهر على السطوح المعدنية تحت ضوء يتكشف مع مساعدة من الوحش.

وقد طور الباحثون في وزارة الطاقة الأميركية (وزارة الطاقة) 'ق مختبر لورانس بيركلي الوطني (مختبر بيركلي) والتصوير جزيء واحد والتكنولوجيا ، ويطلق عليها اسم البراونية باعث الامتزاز سوبر القرار وتقنيات (الوحش) ، التي جعلت من الممكن لأول مرة مباشرة لقياس الحقل المغناطيسي داخل الساخنة. نتائج تبشر عددا من التقنيات بما في ذلك الطاقة الشمسية والاستشعار الكيميائية.

صورة مجهرية الإلكترون تظهر بؤر متعددة الكهرومغناطيسية نانو الحجم على الفيلم الألومنيوم.

"مع الأسلوب BEAST لدينا ، كنا قادرين على خريطة التشكيل الجانبي المجال الكهرومغناطيسي داخل بؤرة واحدة صغيرة مثل 15 نانومتر مع دقة وصولا الى 1،2 نانومتر ، في دقائق قليلة" ، كما يقول شيانغ تشانغ ، وهو الباحث الرئيسي مع مواد مختبر بيركلي هبوا العلوم الشعبة وS. ارنست كوه برئاسة البروفسور في جامعة كاليفورنيا (جامعة كاليفورنيا) في بيركلي. "اكتشفنا أن يكون موضعيا عاليا الميدان ، وعلى عكس الحقل الكهرومغناطيسي نموذجي ، لا تنتشر في الفضاء. الحقل يحتوي أيضا على الشكل الأسي التي ترتفع بشكل حاد لتصل إلى ذروتها ثم يضمحل بسرعة كبيرة".

تشانغ ، الذي يدير مركز NanoManufacturing قابلة للتحجيم والمتكاملة (سنام) ، ومؤسسة العلوم الوطنية للعلوم نانو النطاق ومركز الهندسة في جامعة كاليفورنيا بيركلي ، وهو مؤلف كتاب المقابلة من ورقة على هذه الأبحاث التي تظهر في دورية نيتشر العلمية تحت عنوان " رسم خرائط توزيع المجال الكهرومغناطيسي داخل بؤرة a 15nm الحجم بواسطة التصوير جزيء واحد ". وقد شارك في التأليف ورقة مع تشانغ تسانغ هو جين تاو ، Labno آنا ، لو Changgui ، يين شياو بو ليو مينغ وجلادن كريستوفر.

تحت الإضاءة البصرية ، وسوف تصبح الأسطح المعدنية الخام منقط مع النقاط الساخنة المجهرية ، حيث يقتصر بشدة الضوء في مجالات قياس عشرات نانومتر في القطر ، وعزز (غير مرن) رامان نثر الضوء بنسبة تصل إلى 14 أوامر من حجمها. وحظ لأول مرة أكثر من 30 عاما ، وقد تم ربط هذه النقاط الساخنة لتأثير خشونة السطح على البلازمونات (موجات السطحية الإلكترونية) وغيرها من وسائط الكهرومغناطيسية المترجمة. ومع ذلك ، خلال العقود الثلاثة الماضية ، وقد تعلمت القليل عن أصل هذه النقاط الساخنة.

"مثير للدهشة ، على الرغم من آلاف الأوراق حول هذه المشكلة ، والنظريات المختلفة ، ونحن أول من تحديد تجريبيا طبيعة المجال الكهرومغناطيسي داخل المناطق الساخنة مثل نانو الحجم أ ،" يقول هو جين تسانغ ، والمؤلف الرئيسي على ورقة الطبيعة وعضوا مجموعة الأبحاث تشانغ. "بؤرة 15 نانومتر قسنا هو عن حجم جزيء البروتين ، ونحن نعتقد ان هناك مناطق ساخنة قد تكون حتى أقل من جزيء".

لأن حجم هذه النقاط الساخنة المعدنية أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء الحادث ، ان هناك حاجة الى تقنية جديدة لرسم خريطة للحقل الكهرومغناطيسي داخل الساخنة. طور باحثون طريقة BEAST بيركلي للاستفادة من حقيقة أن الفرد يمكن أن تكون مترجمة جزيئات صبغة الفلورسنت مع دقة نانومتر واحد. كثافة مضان من الجزيئات الفردية كثف على سطح يوفر مقياسا مباشرا للحقل الكهرومغناطيسي داخل بؤرة واحدة. BEAST تستخدم الحركة البراونية للجزيئات صبغة واحدة في حل لجعل الأصباغ مسح داخل بؤرة واحدة عشوائيا ، جزيء واحد في وقت واحد.

"الشكل الأسي وجدنا للحقل الكهرومغناطيسي داخل الساخنة هي دليل مباشر على وجود حقل كهرومغناطيسي المترجمة ، بدلا من الشكل الأكثر شيوعا لتوزيع جاوس" ، يقول تسانغ. وقال "هناك العديد من الآليات المقترحة لمنافسة المناطق الساخنة ، ونحن نعمل الآن لمواصلة النظر في هذه الآليات الأساسية".

BEAST يبدأ غمر عينة في محلول صبغة الفلورسنت نشرها بحرية. منذ نشر الصبغة أسرع بكثير من الوقت اكتساب صورة (0.1 ميلي ميلي ثانية مقابل 50 إلى 100) ، ومضان تنتج خلفية متجانسة. عندما كثف جزيء صبغ على سطح نقطة ساخنة ، فإنه يظهر على شكل بقعة لامعة في الصور ، مع كثافة البقعة الإبلاغ قوة ميدانية محلية.

وأضاف "باستخدام أقصى احتمال توطين جزيء واحد الأسلوب ، يمكن أن تكون مترجمة الجزيء بدقة نانومتر واحد" ، يقول تشانغ. "بعد هذا الجزيء صبغ ابيض (عادة في غضون مئات ميلي ثانية) ، ومضان يختفي والساخنة على استعداد لهذا الحدث الامتزاز المقبل".

اختيار تركيز حق جزيئات صبغة تمكن معدل الامتزاز على سطح الساخنة التي تخضع للرقابة بحيث كثف جزيء واحد فقط تنبعث الفوتونات في كل مرة. ويمكن منذ BEAST يستخدم كاميرا لتسجيل واحدة جزيء الأحداث الامتزاز ، والنقاط الساخنة متعددة داخل مجال الرؤية لمدة تصل إلى مربع واحد يمكن تصوير ملليمتر بشكل متواز.

في ورقتهم ، تشانغ وزملاؤه انظر النقاط الساخنة التي وضعت لاستخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بدءا من صنع الخلايا الشمسية عالية الكفاءة والأجهزة التي يمكن الكشف عن اشارات كيميائية ضعيفة.

"نقطة ساخنة مثل العدسة التي يمكن تركيز الضوء على بقعة صغيرة مع قوة التركيز جيدا بما لا يدع أي البصريات التقليدية" ، ويقول تسانغ. "على الرغم من عدسة التقليدية يمكن التركيز فقط على بقعة الضوء حول الطول الموجي النصف من الضوء المرئي (حوالي 200-300 نانومتر) ، ونحن نؤكد الآن أن نقطة ساخنة يمكن تركيز الضوء على بقعة نانومتر الحجم".

من خلال هذا التركيز سلطة استثنائية ، يمكن أن تستخدم النقاط الساخنة للتركيز ضوء الشمس على مواقع بهوتوكاتاليتيك من أجهزة الطاقة الشمسية ، مما يساعد على تحقيق أقصى قدر من ضوء حصاد المياه وكفاءة تقسيم. للكشف عن اشارات كيميائية ضعيفة ، على سبيل المثال ، من جزيء واحد ، يمكن أن تستخدم نقطة ساخنة للتركيز الضوء الساقط بحيث تضيء فقط جزيء من الفائدة ، وبالتالي تعزيز الإشارات والتقليل من الخلفية.

BEAST أيضا يجعل من الممكن لدراسة سلوك الضوء عند مروره من خلال المواد متناهية الصغر ، وهذا عامل حاسم للتنمية المستقبلية للنانو وأجهزة البصريات metamaterial. التقنيات التجريبية الحالية تعاني من القرار محدودة ويصعب تنفيذها على النانو حقا.

"الوحش يقدم فرصة غير مسبوقة لقياس المواد متناهية الصغر كيف يغير توزيع الضوء ، والتي ستوجه تطوير أجهزة النانو البصرية المتطورة" ، ويقول تسانغ. "سوف نستخدم أيضا BEAST للرد على بعض المشاكل الصعبة في العلوم السطح ، مثل أين وما هي المواقع النشطة في محفز ، وكيفية نقل الطاقة أو اتهامات بين الجزيئات والمواد متناهية الصغر أ ، وتحديد ما hydrophobicity السطح ، وهذه المشاكل تتطلب التقنية مع الإلكترون المجهر مستوى القرار والبصرية المعلومات الطيفي. الوحش هو أداة مثالية لهذه المشاكل ".

المصدر : http://www.lbl.gov/

Last Update: 5. October 2011 19:37

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit