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El Nuevo Método de la BESTIA Revela Secretos de Apuroses Electromágneticos Nano-Clasificados Misteriosos

Published on January 20, 2011 at 6:32 AM

Los secretos detrás de los “apuroses electromágneticos nano-clasificados misteriosos” que aparecen en superficies de metal bajo luz finalmente se están revelando con la ayuda de una BESTIA.

Los Investigadores en el Ministerio de los E.E.U.U. de (DOE) Laboratorio Nacional de Lorenzo Berkeley de la Energía (Laboratorio de Berkeley) han desarrollado una única tecnología de la imagen de la molécula, aparada la Técnica Browniana de la Estupendo-Resolución de la Adsorción del Emisor (BESTIA), que ha permitido por primera vez medir directamente el campo electromagnético dentro de apuroses. Los resultados mantienen la promesa para varias tecnologías incluyendo energía solar y detectar químico.

El micrográfo de Electrón que mostraba múltiplo nano-clasificó apuroses electromágneticos en una película de aluminio.

“Con nuestro método de la BESTIA, podíamos correlacionar el perfil del campo electromagnético dentro de únicos apuroses tan pequeños como 15 nanómetros con una exactitud hacia abajo a 1,2 nanómetros, en apenas algunos minutos,” dice a Xiang Zhang, investigador principal con la División de las Ciencias Materiales del Laboratorio de Berkeley y el Profesor Presidido de Ernesto S. Kuh Endowed en la Universidad de California (UC), Berkeley. “Descubrimos que el campo está localizado y, a diferencia de un campo electromagnético típico, no propagamos altamente a través de espacio. El campo también tiene una dimensión de una variable exponencial que las subidas escarpado a un pico y entonces decaigan muy rápidamente.”

Zhang, que dirige el Centro para NanoManufacturing Escalable e Integrado (SINAM), una Ciencia y una Ingeniería de la Nano-Escala del National Science Foundation Se Centra en Uc Berkeley, es el autor correspondiente de un documento sobre esta investigación que aparezca en la Naturaleza del gorrón bajo título “Que Correlaciona la Distribución del Campo Electromagnético Dentro de Apuroses Clasificados 15nm por Única Proyección De Imagen de la Molécula.” Co-Siendo autor del papel con Zhang eran Hu Cang, Ana Labno, Changgui Lu, Xiaobo Yin, Ming Liu y Christopher Alegra.

Bajo iluminación óptica, las superficies metálicas ásperas se puntearán con los apuroses microscópicos, donde la luz se linda fuertemente en las áreas que miden diez de nanómetros de diámetro, y el dispersar (inelástico) de Raman de la luz es aumentado por hasta 14 órdenes de magnitud. Primero observó más hace de 30 años, tales apuroses se han conectado al impacto de la tosquedad superficial en los plasmones (ondas superficiales electrónicas) y otros modos electromágneticos localizados. Sin Embargo, durante las últimas tres décadas, poco se ha aprendido sobre los orígenes de estos apuroses.

“Asombroso, a pesar de millares de papeles en este problema y diversas teorías, somos los primeros para determinar experimental la naturaleza del campo electromagnético dentro de tal los apuroses nano-clasificados,” dice a Hu Cang, autor importante en el papel de la Naturaleza y una pieza del grupo de la investigación de Zhang. “Los 15 apuroses del nanómetro que medimos estamos sobre la talla de una molécula de proteína. Creemos que hay los apuroses que pueden incluso ser más pequeños que una molécula.”

Porque la talla de estos apuroses metálicos es lejos más pequeña que la longitud de onda de la luz de incidente, una nueva técnica era necesaria correlacionar el campo electromagnético dentro de apuroses. Los investigadores de Berkeley desarrollaron el método de la BESTIA para capitalizar en el hecho de que las moléculas de tinte fluorescente individuales se pueden localizar con única exactitud del nanómetro. La intensidad de la fluorescencia de las moléculas individuales adsorbidas en la superficie proporciona a una dimensión directa del campo electromagnético dentro de únicos apuroses. La BESTIA utiliza el movimiento Browniano de las únicas moléculas de tinte en una solución para hacer que los tintes exploran el interior de los únicos apuroses estocástico, una molécula al mismo tiempo.

“La dimensión de una variable exponencial que encontramos para el campo electromagnético dentro de apuroses es pruebas directas de la existencia de un campo electromagnético localizado, en comparación con el formulario más común de la distribución Gausiana,” Cang dice. “Hay varios mecanismos competentes propuestos para los apuroses y ahora estamos trabajando para examinar más lejos estos mecanismos fundamentales.”

La BESTIA comienza con sumergirse de una muestra en una solución libremente de difundir el tinte fluorescente. Puesto Que la difusión del tinte es mucho más rápida que el tiempo de la adquisición de la imagen (0,1 milisegundos comparado con 50 milisegundos to-100), la fluorescencia produce antecedentes homogéneos. Cuando una molécula de tinte se adsorbe sobre la superficie de apuroses, aparece como mancha brillante en imágenes, con la intensidad de la mancha que señala la fuerza de campo local.

“Usando un único método de la localización de la molécula de la toda probabilidad, la molécula se puede localizar con única exactitud del nanómetro,” Zhang dice. “Después De Que se blanquea la molécula de tinte (típicamente dentro de centenares de milisegundos), la fluorescencia desaparece y los apuroses están listos para la acción siguiente de la adsorción.”

Elegir la concentración correcta de las moléculas de tinte permite al tipo de la adsorción en la superficie de apuroses ser controlada de modo que solamente una molécula adsorbida emita los fotones al mismo tiempo. Puesto Que la BESTIA utiliza una cámara para registrar las únicas acciones de la adsorción de la molécula, los apuroses múltiples dentro de un campo visual de hasta un milímetro cuadrado pueden ser reflejados paralelamente.

En su papel, Zhang y sus colegas ven los apuroses que son puestos para utilizar en una amplia gama de aplicaciones, empezando por la fabricación de las células solares y de los dispositivos muy eficientes que pueden detectar señales químicas débiles.

“Los apuroses son como un lente que pueda enfocar la luz a una pequeña mancha con una potencia de enfoque bastante más allá de la cualquier óptica convencional,” Cang dicen. “Mientras Que un lente convencional puede enfocar solamente la luz a una mancha sobre mitad de la longitud de onda de la luz visible (cerca de 200-300 nanómetros), ahora confirmamos que los apuroses pueden enfocar la luz a una mancha nanómetro-clasificada.”

Con esta potencia de enfoque excepcional, los apuroses se podían utilizar para concentrar la luz del sol en los sitios photocatalytic de dispositivos solares, de tal modo ayudando a maximizar eficiencias colectoras de luz y agua-que partían. Para la detección de señales químicas débiles, e.g., de una única molécula, los apuroses se podrían utilizar para enfocar la luz de incidente de modo que ilumine solamente la molécula del interés, de tal modo aumentando la señal y disminuyendo los antecedentes.

La BESTIA también permite estudiar el comportamiento de la luz mientras que pasa a través de un nanomaterial, de un factor crítico para el revelado futuro de las nano-ópticas y de los dispositivos metamaterial. Las técnicas experimentales Actuales sufren de la resolución limitada y son difíciles de ejecutar en verdad el nanoscale.

La “BESTIA ofrece una oportunidad sin precedente de medir cómo un nanomaterial altera la distribución de la luz, que conducirá el revelado de los dispositivos avanzados de las nano-ópticas,” dice Cang. “También utilizaremos la BESTIA para contestar a algunos problemas desafiadores en la ciencia superficial, tal como donde y cuáles son los sitios activos en un catalizador, cómo la energía o la transferencia de cargas entre moléculas y un nanomaterial, y qué determinan el hydrophobicity superficial. Estos problemas requieren una técnica con la resolución del nivel de la electrón-microscopia y la información óptica de la espectroscopia. La BESTIA es una herramienta perfecta para estos problemas.”

Fuente: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 12:31

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