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La Méthode Neuve de BÊTE Indique des Secrets des Hotspots Électromagnétiques De taille d'une nano Mystérieux

Published on January 20, 2011 at 6:32 AM

Les secrets derrière les « hotspots » électromagnétiques de taille d'une nano mystérieux qui apparaissent sur des surfaces métalliques sous une lumière finalement sont indiqués avec l'aide d'une BÊTE.

Les Chercheurs au Ministère De L'énergie des États-Unis (DOE) le Laboratoire National de Lawrence Berkeley (Laboratoire de Berkeley) ont développé une technologie de l'image unique de molécule, aboubée la Technique Brownienne de Superbe-Définition d'Adsorption d'Émetteur (BÊTE), qui a permis pour la première fois pour mesurer directement le champ électromagnétique à l'intérieur d'un point névralgique. Les résultats retiennent la promesse pour un certain nombre de technologies comprenant l'énergie solaire et se sentir chimique.

Micrographe électronique affichant des hotspots électromagnétiques de taille d'une nano multiples sur un film en aluminium.

« Avec notre méthode de BÊTE, nous pouvions tracer le profil de champ électromagnétique dans un point névralgique unique aussi petit que 15 nanomètres avec une exactitude vers le bas à 1,2 nanomètres, en juste quelques minutes, » dit Xiang Zhang, un investigateur principal avec la Division de Sciences Des Matériaux Du Laboratoire de Berkeley et Professeur Présidé d'Ernest S. Kuh Endowed à l'Université de Californie (UC), Berkeley. « Nous avons découvert que la zone est hautement localisée et, à la différence d'un champ électromagnétique typique, ne propage pas par l'espace. La zone a également une forme exponentielle que les augmentations escarpé à une crête et diminue alors très rapidement. »

Zhang, qui dirige le Centre pour NanoManufacturing (SINAM) Évolutif et Intégré, un Centre de Scientifique et Technique de Nano-Échelle de National Science Foundation chez Uc Berkeley, est l'auteur correspondant d'un papier sur cette recherche qui apparaît dans la Nature de tourillon sous le titre « Traçant la Distribution du Champ Électromagnétique À L'intérieur d'un Point névralgique Classé par 15nm par la Représentation Unique de Molécule. » Co-Écrivant le papier avec Zhang étaient HU Cang, Anna Labno, Changgui Lu, Xiaobo Yin, Ming Liu et Christopher Réjouissent.

Sous l'illumination optique, les surfaces métalliques approximatives deviendront pointillées avec des hotspots microscopiques, où la lumière est fortement logée dans les zones mesurant des dizaines de nanomètres de diamètre, et la dispersion (non élastique) de Raman de la lumière est améliorée par jusqu'à 14 ordres de grandeur. A observé La Première Fois plus il y a de 30 ans, de tels hotspots ont été liés à l'incidence de l'aspérité sur des plasmons (ondes extérieures électroniques) et d'autres modes électromagnétiques localisés. Cependant, pendant les dernières trois décennies, peu a été renseigné sur les origines de ces hotspots.

« Étonnamment, en dépit des milliers de papiers sur ces problème et théories variées, nous sommes les premiers pour déterminer expérimental la nature du champ électromagnétique à l'intérieur d'un tel des hotspots de taille d'une nano, » dit HU Cang, auteur important sur le papier de Nature et un membre de l'organisme de recherche de Zhang. « Le point névralgique du nanomètre 15 que nous avons mesuré est au sujet de la taille d'une molécule de protéine. Nous croyons qu'il y ait des hotspots qui peuvent même être plus petits qu'une molécule. »

Puisque la taille de ces hotspots métalliques est bien plus petite que la longueur d'onde de la lumière d'incident, une technique neuve était nécessaire pour tracer le champ électromagnétique dans un point névralgique. Les chercheurs de Berkeley ont développé la méthode de BÊTE pour capitaliser du fait que différentes molécules de teinture fluorescentes peuvent être localisées avec l'exactitude unique de nanomètre. L'intensité de fluorescence de différentes molécules adsorbées sur la surface fournit une mesure directe du champ électromagnétique à l'intérieur d'un point névralgique unique. La BÊTE emploie le mouvement Brownien des molécules de teinture uniques dans une solution pour effectuer les teintures balayer l'intérieur du point névralgique unique stochastiquement, une molécule à la fois.

« La forme exponentielle que nous avons trouvée pour le champ électromagnétique dans un point névralgique est preuve directe pour l'existence d'un champ électromagnétique localisé, par opposition à la forme plus commune de la distribution Gaussienne, » Cang dit. « Il y a plusieurs les mécanismes de concurrence proposés pour des hotspots et nous travaillons maintenant pour examiner plus plus loin ces mécanismes principaux. »

La BÊTE commence par la submersion d'un échantillon dans une solution de diffuser librement la teinture fluorescente. Puisque la diffusion de la teinture est beaucoup plus rapide que le temps d'acquisition des images (0,1 millisecondes contre 50 millisecondes to-100), la fluorescence produit un mouvement propre homogène. Quand une molécule de teinture est adsorbée sur la surface d'un point névralgique, elle apparaît comme endroit lumineux dans les images, avec l'intensité de l'endroit enregistrant l'intensité de champ locale.

« À l'aide d'une méthode unique de localisation de molécule de maximum de vraisemblance, la molécule peut être localisée avec l'exactitude unique de nanomètre, » Zhang dit. « Après Que la molécule de teinture se blanchit (type dans des centaines de millisecondes), la fluorescence disparaît et le point névralgique est prêt pour le prochain événement d'adsorption. »

Le Choix de la bonne concentration des molécules de teinture permet aux tarifs d'adsorption sur la surface d'un point névralgique d'être réglés de sorte que seulement une molécule adsorbée émette des photons à la fois. Puisque la BÊTE emploie un appareil-photo pour enregistrer les événements uniques d'adsorption de molécule, les hotspots multiples dans un champ de vision de jusqu'à un mm carré peuvent être imagés en parallèle.

En leur papier, Zhang et ses collègues voient des hotspots étant mis pour utiliser dans une large gamme d'applications, commençant par effectuer des piles solaires et des dispositifs très efficaces qui peuvent trouver de faibles signes chimiques.

« Un point névralgique est comme une lentille qui peut orienter la lumière à un petit endroit avec une alimentation électrique s'orientante bien au-delà de n'importe quel bloc optique conventionnel, » Cang dit. « Tandis Qu'une lentille conventionnelle peut seulement orienter la lumière à un endroit environ la moitié de la longueur d'onde de la lumière visible (environ 200-300 nanomètres), nous confirmons maintenant qu'un point névralgique peut orienter la lumière à un endroit de taille d'un nanomètre. »

Par cette alimentation électrique s'orientante exceptionnelle, des hotspots ont pu être employés pour concentrer la lumière du soleil sur les sites photocatalytic des dispositifs solaires, aidant de ce fait à maximiser des efficiences de moisson et eau-se divisantes de la lumière. Pour le dépistage de faibles signes chimiques, par exemple, d'une molécule unique, un point névralgique pourrait être employé pour orienter la lumière d'incident de sorte qu'il illumine seulement la molécule d'intérêt, augmentant le signe et réduisant à un minimum de ce fait le mouvement propre.

La BÊTE permet également pour étudier le comportement de la lumière pendant qu'il traverse un nanomaterial, un facteur critique pour le développement futur des nano-blocs optiques et les dispositifs metamaterial. Les techniques expérimentales Actuelles souffrent de la définition limitée et sont difficiles à mettre en application sur vraiment le nanoscale.

La « BÊTE donne une chance inouïe de mesurer comment un nanomaterial modifie la distribution de la lumière, qui guidera le développement des dispositifs avancés de nano-blocs optiques, » dit Cang. « Nous emploierons également la BÊTE pour répondre à quelques problèmes provocants en science extérieure, telle qu'où et ce qui sont les sites actifs dans un catalyseur, comment l'énergie ou la taxation au demandé entre les molécules et un nanomaterial, et ce qui déterminent le hydrophobicity extérieur. Ces problèmes exigent une technique avec la définition de niveau de microscopie électronique et l'information optique de spectroscopie. La BÊTE est un outil parfait pour ces problèmes. »

Source : http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 12:12

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