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Neue TIER Methode Deckt Geheimnisse von Mysteriösen Nano--Groß Elektromagnetischen Krisenherden auf

Published on January 20, 2011 at 6:32 AM

Die Geheimnisse hinter den mysteriösen Nano--groß elektromagnetischen „Krisenherden“ die auf Metalloberflächen unter einer Leuchte werden schließlich aufgedeckt mithilfe eines TIERES erscheinen.

Forscher an der US-Abteilung von (DOE) Nationalem Laboratorium des Lawrence Berkeley der Energie (Berkeley-Labor) haben eine einzelne Molekülbildgebungstechnologie entwickelt, zurichtet der Brownschen Emitter-Aufnahme Super-Auflösung Technik (TIER), die es möglich zum ersten Mal, den elektromagnetischen Bereich innerhalb eines Krisenherdes direkt zu messen gemacht hat. Die Ergebnisse halten Versprechen für einige Technologien einschließlich Solarenergie und das chemische Ermittlen an.

Elektronenmikroskopbild, das mehrfache Nano--groß elektromagnetische Krisenherde auf einem Aluminiumfilm zeigt.

„Mit unserer TIER-Methode, waren wir in der Lage, das Profil des elektromagnetischen Bereichs innerhalb eines einzelnen Krisenherdes abzubilden, der so klein ist, wie 15 nm mit einer Genauigkeit unten zu 1,2 nm, in gerade einigem Protokoll,“ sagt Xiang Zhang, ein Projektleiter mit die Material-Wissenschafts-Abteilung Berkeley-Labors und den Vorgesessenen Professor Ernst-S. Kuh Endowed am University of California (UC), Berkeley. „Wir entdeckten, dass der Bereich in hohem Grade und, anders als einen typischen elektromagnetischen Bereich lokalisiert wird, nicht durch Platz fortpflanzt. Der Bereich hat auch eine exponentiale Form, die Anstiege steil zu einer Spitze und verfällt dann sehr schnell.“

Zhang, der die Mitte für Ersteigbares und Integriertes NanoManufacturing (SINAM) verweist, eine National Science Foundation Nano--Schuppe Wissenschaft und eine Technik Zentrieren bei Uc Berkeley, ist der entsprechende Autor eines Papiers auf dieser Forschung, die in der Zapfen Natur unter dem Namen erscheint „, der Abbildet die Verteilung des Elektromagnetischen Bereichs Innerhalb eines 15nm Sortierten Krisenherdes durch Einzelne Molekül-Darstellung.“ das Papier mit Zhang Mit-Schreibend, waren HU Cang, Anna Labno, Changgui Lu, Xiaobo Yin, Ming Liu und Christopher Erfreuen.

Unter optischer Beleuchtung werden raue metallische Oberflächen mit mikroskopischen Krisenherden punktiert, in denen die Leuchte stark in den Bereichen begrenzt wird, die zehn nm im Durchmesser messen, und das (unelastische) Zerstreuen Ramans der Leuchte durch bis 14 Größenordnungen erhöht wird. Zuerst vor über 30 Jahren beobachtet, sind solche Krisenherde mit der Auswirkung der Oberflächenrauigkeit auf Plasmons (elektronische Oberflächenwellen) und andere lokalisierte elektromagnetische Modi verbunden worden. Jedoch während der letzten drei Jahrzehnte, ist wenig über die Ursprung dieser Krisenherde gelernt worden.

„Erstaunlich, trotz der Tausenden Papiere auf diesem Problem und verschiedenen Theorien, sind wir die ersten, zum der Art des elektromagnetischen Bereichs von solchem experimentell nach innen zu bestimmen Nano--groß Krisenherde,“ sagt HU Cang, führender Autor auf dem Naturpapier und einem Bauteil Zhangs der Forschungsgruppe. „Der 15 nmkrisenherd, den wir sind über die Größe eines Proteinmoleküls maßen. Wir glauben, dass es gibt Krisenherde, die möglicherweise sogar kleiner sind, als ein Molekül.“

Weil die Größe dieser metallischen Krisenherde weit kleiner als die Wellenlänge der Vorfallleuchte ist, war eine neue Technik erforderlich, den elektromagnetischen Bereich innerhalb eines Krisenherdes abzubilden. Die Berkeley-Forscher entwickelten die TIER-Methode, um die Tatsache auszunützen, dass einzelne Moleküle der Leuchtstofffarbe mit einzelner nmgenauigkeit lokalisiert werden können. Die Fluoreszenzintensität von den einzelnen Molekülen, die auf der Oberfläche adsorbiert werden, trifft eine direkte Maßnahme des elektromagnetischen Bereichs innerhalb eines einzelnen Krisenherdes. TIER verwendet die Brownische Bewegung von einzelnen Farbenmolekülen in einer Lösung, um die Farben das Innere des einzelnen Krisenherdes stochastisch scannen zu lassen, ein Molekül auf einmal.

„Die exponentiale Form, die wir für den elektromagnetischen Bereich innerhalb eines Krisenherdes fanden, ist unmittelbarer Beweis für das Bestehen eines lokalisierten elektromagnetischen Bereichs, im Gegensatz zu dem geläufigeren Formular der Gaußschen Verteilung,“ sagt Cang. „Es gibt einige konkurrierende Vorrichtungen, die für Krisenherde vorgeschlagen werden und wir arbeiten jetzt, um diese grundlegenden Vorrichtungen weiter zu prüfen.“

TIER beginnt mit dem Eintauchen einer Probe in einer Lösung von Leuchtstofffarbe frei zerstreuen. Da die Diffusion der Farbe viel schneller als die Bildaufnahmezeit (0,1 Millisekunden gegen 50 Millisekunden to-100) ist, produziert die Fluoreszenz einen homogenen Hintergrund. Wenn ein Farbenmolekül auf die Oberfläche eines Krisenherdes adsorbiert wird, erscheint es als heller Fleck in den Bildern, mit der Intensität der Stelle, welche über die Stärke des lokalen Bereichs berichtet.

„, Indem man eine Moleküllokolisierungsmethode der maximalen Wahrscheinlichkeit einzelne anwendet, kann das Molekül mit einzelner nmgenauigkeit lokalisiert werden,“ sagt Zhang. „Nachdem das Farbenmolekül (gewöhnlich innerhalb der Hunderte von den Millisekunden) geblichen wird, verschwindet die Fluoreszenz und der Krisenherd ist betriebsbereit zum folgenden Aufnahmeereignis.“

Das Wählen der rechten Konzentration der Farbenmoleküle aktiviert die Aufnahmekinetik auf der Oberfläche eines Krisenherdes gesteuert zu werden, damit nur ein adsorbiertes Molekül Photonen auf einmal ausstrahlt. Da TIER eine Kamera verwendet, um die einzelnen Molekülaufnahmeereignisse aufzuzeichnen, können mehrfache Krisenherde innerhalb eines Blickfeldes von bis einem Quadratmillimeter abgebildet parallel sein.

In ihrem Papier sehen Zhang und seine Kollegen die Krisenherde, die gesetzt werden, um in einer breiten Benutzungsmöglichkeit, beginnend mit der Herstellung von in hohem Grade effizienten Solarzellen und von Einheiten zu verwenden, die, schwache chemische Signale entdecken können.

„Ein Krisenherd ist wie ein Objektiv, das Leuchte zu einer kleinen Stelle mit einer Fokussierungsleistung weit über jeder herkömmlichen Optik fokussieren kann,“ Cang sagt. „Während ein herkömmliches Objektiv Leuchte zu einer Stelle über Hälfte Wellenlänge der sichtbaren Leuchte (ungefähr 200-300 nm) nur fokussieren kann, bestätigen wir jetzt, dass ein Krisenherd Leuchte zu einer nm-groß Stelle fokussieren kann.“

Durch diese außergewöhnliche Fokussierungsleistung konnten Krisenherde verwendet werden, um Sonnenleuchte auf die photocatalytic Sites von Solareinheiten zu konzentrieren, dadurch sie helfen sie, leicht- erntende und wasser-Verbindungsaufspaltungsleistungsfähigkeit zu maximieren. Für den Befund von schwachen chemischen Signalen z.B. von einem einzelnen Molekül, könnte ein Krisenherd verwendet werden, um Vorfallleuchte zu fokussieren, damit sie nur das Molekül von Zinsen leuchtet, dadurch sie erhöht sie das Signal und herabsetzt den Hintergrund.

TIER macht es auch möglich, das Verhalten der Leuchte zu studieren, während es durch einen Nanomaterial, einen kritischen Faktor für die zukünftige Entwicklung von Nano-optik und metamaterial Einheiten passiert. Aktuelle experimentelle Techniken leiden unter begrenzter Auflösung und sind schwierig, auf dem nanoscale wirklich einzuführen.

„TIER bietet eine beispiellose Gelegenheit an, zu messen, wie ein Nanomaterial die Verteilung der Leuchte ändert, die die Entwicklung von hoch entwickelten Nano-optik Einheiten führt,“ sagt Cang. „Wir verwenden auch TIER, um zu beantworten einige schwierige Probleme in der Oberflächen- Wissenschaft, wie der und was die aktiven Sites in einem Katalysator sind, wie die Energie oder die Gebührenmitteilung zwischen Molekülen und einem Nanomaterial und was Oberflächen-hydrophobicity bestimmen. Diese Probleme benötigen eine Technik mit Elektronmikroskopie Stufenauflösung und optischen Spektroskopieinformationen. TIER ist ein perfektes Hilfsmittel für diese Probleme.“

Quelle: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 12:14

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