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Il Nuovo Metodo della BESTIA Rivela i Segreti dei Hotspot Elettromagnetici Nano Di taglia Misteriosi

Published on January 20, 2011 at 6:32 AM

I segreti dietro “i hotspot„ elettromagnetici nano di taglia misteriosi che compaiono sulle superfici di metallo nell'ambito di un indicatore luminoso definitivo stanno rivelandi con l'aiuto di una BESTIA.

I Ricercatori al Dipartimento Per L'Energia di Stati Uniti (DOE) il Laboratorio Nazionale del Lawrence Berkeley (Laboratorio di Berkeley) hanno sviluppato una singola tecnologia dell'immagine della molecola, definita la Tecnica Browniana di Super-Risoluzione dell'Adsorbimento dell'Emettitore (BESTIA), che ha permesso per la prima volta direttamente di misurare il campo elettromagnetico dentro un hotspot. I risultati tengono la promessa per una serie di tecnologie compreso energia solare e la percezione chimica.

Micrografo elettronico che mostra i hotspot elettromagnetici nano di taglia multipli su una pellicola di alluminio.

“Con il nostro metodo della BESTIA, potevamo mappare il profilo del campo elettromagnetico all'interno di singolo hotspot piccolo quanto 15 nanometri con un'accuratezza giù a 1,2 nanometri, appena in alcuni minuti,„ dice Xiang Zhang, un ricercatore principale con Divisione di Scienze dei Materiali del Laboratorio di Berkeley ed il Professor Presieduto di Ernest S. Kuh la Endowed all'Università di California (UC), Berkeley. “Abbiamo scoperto che il campo altamente è localizzato e, a differenza di un campo elettromagnetico tipico, non ci propaghiamo attraverso spazio. Il campo egualmente ha una forma esponenziale che gli aumenti ripidamente ad un picco e poi si decompone molto velocemente.„

Zhang, che dirige il Centro per NanoManufacturing (SINAM) Evolutivo ed Integrato, una Scienza e un'Assistenza Tecnica del Nano-Disgaggio del National Science Foundation Concentra a Uc Berkeley, è l'autore corrispondente di un documento su questa ricerca che compare nella Natura del giornale nell'ambito del titolo “che Mappa la Distribuzione del Campo Elettromagnetico Dentro un Hotspot Graduato 15nm dalla Singola Rappresentazione della Molecola.„ Co-Creando il documento con Zhang erano Hu Cang, Anna Labno, Changgui la LU, Xiaobo Yin, Ming Liu e Christopher Allieta.

Nell'ambito dell'illuminazione ottica, le superfici metalliche approssimative saranno punteggiate con i hotspot microscopici, dove l'indicatore luminoso è limitato forte nelle aree che misurano i dieci dei nanometri di diametro e lo scattering (anelastico) di Raman dell'indicatore luminoso è migliorato da fino a 14 ordini di grandezza. In Primo Luogo ha osservato più di 30 anni fa, tali hotspot sono stati collegati all'impatto della rugosità di superficie sui plasmon (onde di superficie elettroniche) e su altri modi elettromagnetici localizzati. Tuttavia, durante le tre decadi scorse, piccolo è stato imparato circa le origini di questi hotspot.

“Stupefacente, malgrado migliaia di documenti su questi problema e varie teorie, siamo i primi per determinare sperimentalmente la natura del campo elettromagnetico dentro di così hotspot nano di taglia,„ dice Hu Cang, autore principale sul documento della Natura e su un membro del gruppo di ricerca di Zhang. “Il hotspot che di nanometro 15 abbiamo misurato è circa la dimensione di una molecola di proteina. Crediamo che ci siano hotspot che possono anche essere più piccoli di una molecola.„

Poiché la dimensione di questi hotspot metallici è ben più piccola della lunghezza d'onda di luce incidente, una nuova tecnica era necessaria mappare il campo elettromagnetico all'interno di un hotspot. I ricercatori di Berkeley hanno messo a punto il metodo della BESTIA per sfruttare il fatto che le diverse molecole di tintura fluorescente possono essere localizzate con singola accuratezza di nanometro. L'intensità della fluorescenza di diverse molecole adsorbite sulla superficie fornisce una misura diretta del campo elettromagnetico dentro un singolo hotspot. La BESTIA utilizza il moto Browniano di singole molecole di tintura in una soluzione per fare le tinture scandire casualmente l'interno di singolo hotspot, una molecola per volta.

“La forma che esponenziale abbiamo trovato per il campo elettromagnetico all'interno di un hotspot è prova diretta per l'esistenza di un campo elettromagnetico localizzato, rispetto al modulo più comune di distribuzione Gaussiana,„ Cang dice. “Ci sono parecchi meccanismi in competizione proposti per i hotspot ed ora stiamo lavorando più ulteriormente per esaminare questi meccanismi fondamentali.„

La BESTIA comincia con la sommersione di un campione in una soluzione liberamente di diffusione della tintura fluorescente. Poiché la diffusione della tintura è molto più veloce del tempo di acquisizione di immagine (0,1 millisecondi contro 50 millisecondi to-100), la fluorescenza produce uno sfondo omogeneo. Quando una molecola di tintura è adsorbita sulla superficie di un hotspot, compare come punto luminoso nelle immagini, con l'intensità del punto che riferisce l'intensità di campo locale.

“Usando un singolo metodo della localizzazione della molecola di probabilità massima, la molecola può essere localizzata con singola accuratezza di nanometro,„ Zhang dice. “Dopo Che la molecola di tintura è candeggiata (tipicamente all'interno delle centinaia di millisecondi), la fluorescenza scompare ed il hotspot è pronto per l'evento seguente dell'adsorbimento.„

La Scelta della concentrazione giusta delle molecole di tintura permette alla tariffa dell'adsorbimento sulla superficie di un hotspot di essere gestita in modo che soltanto una molecola adsorbita emetta i fotoni per volta. Poiché la BESTIA usa una macchina fotografica per registrare i singoli eventi dell'adsorbimento della molecola, i hotspot multipli all'interno di un campo visivo di fino a un millimetro quadrato possono essere imaged parallelamente.

In loro documento, Zhang ed i suoi colleghi vedono i hotspot che sono messi per utilizzare in una vasta gamma di applicazioni, cominciando dalla fabbricazione delle pile solari e delle unità altamente efficienti che possono individuare i segnali chimici deboli.

“Un hotspot è come una lente che può mettere a fuoco l'indicatore luminoso ad un piccolo punto con una potenza di messa a fuoco ben oltre tutta l'ottica convenzionale,„ Cang dice. “Mentre una lente convenzionale può mettere a fuoco soltanto l'indicatore luminoso ad un punto circa la metà della lunghezza d'onda di indicatore luminoso visibile (circa 200-300 nanometri), ora confermiamo che un hotspot può mettere a fuoco l'indicatore luminoso ad un punto nanometro di taglia.„

Con questa potenza eccezionale di messa a fuoco, i hotspot hanno potuto essere usati per concentrare l'indicatore luminoso del sole sui siti fotocatalitici delle unità solari, quindi contribuendo a massimizzare i risparmi di temi luminosi di dissociazione dell'acqua e di raccolta. Per la rilevazione dei segnali chimici deboli, per esempio, da una singola molecola, un hotspot potrebbe essere usato per mettere a fuoco la luce incidente in modo che illuminasse soltanto la molecola di interesse, quindi migliorante il segnale e minimizzante i precedenti.

La BESTIA egualmente permette di studiare il comportamento di indicatore luminoso mentre attraversa un nanomaterial, un fattore critico per lo sviluppo futuro delle nano-ottica e le unità metamaterial. Le tecniche sperimentali Correnti soffrono da risoluzione limitata e sono difficili da applicare vero sul nanoscale.

“la BESTIA offre un'opportunità senza precedenti di misurare come un nanomaterial altera la distribuzione di indicatore luminoso, che guiderà lo sviluppo delle unità avanzate delle nano-ottica,„ dice Cang. “Egualmente useremo la BESTIA per rispondere ad alcuni problemi provocatori nella scienza di superficie, come dove e che cosa sono i siti attivi in un catalizzatore, come l'energia o il trasferimento delle spese fra le molecole e un nanomaterial e che cosa determinano il hydrophobicity di superficie. Questi problemi richiedono una tecnica con risoluzione del livello di elettrone-microscopia ed informazioni ottiche della spettroscopia. La BESTIA è uno strumento perfetto per questi problemi.„

Sorgente: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 12:17

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