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새로운 야수 방법 신비한 나노 크기의 전자기 핫스팟의 밝혀

Published on January 20, 2011 at 6:32 AM

가벼운 아래의 금속 표면에 나타나는 신비 나노 크기의 전자 "핫스팟"뒤에있는 비밀이 드디어 짐승의 도움으로 공개되고 있습니다.

에너지의 미국학과 (DOE)의 로렌스 버클리 국립 연구소 (버클리 연구소)에서 연구원은 단일 분자 이미징 기술을 개발이 가능한 처음 만들었습니다 브라운 에미터 흡착 슈퍼 해상도 기법 (야수), 불리는 직접 핫스팟 내부의 전자기장을 측정합니다. 결과는 태양 에너지와 화학 물질 감지를 포함한 기술의 여러 가지 약속을 잡아.

전자 현미경은 알루미늄 필름에 여러 나노 크기의 전자 핫스팟을 보여주는.

"우리 짐승 방법으로, 우리가 정확도를 아래로 단 몇 분만에 1.2 나노미터에와 15 나노미터만큼 작은 하나의 핫스팟 내에서 전자기장 프로필을 매핑할 수 있었다"시앙 장, 버클리 연구소의 자료와 함께 주요 수사관이 말한다 과학 부문과 어니스트 S. Kuh 캘리포니아 대학 (UC) 버클리에서 교수를 의장 둘러 싸인. "우리는 필드가 높은 지역화된 것을 발견하고, 전형적인 전자기 필드와는 달리, 공간을 통해 전달하지 않습니다. 분야 또한 최대 가파르게 상승하고 매우 빠르게 자연 붕괴 지수 모양을하고 있습니다."

확장성 및 통합 NanoManufacturing (SINAM), 국립 과학 재단 (National Science Foundation) 나노 스케일 과학 및 UC 버클리에서 공학 센터 센터를 이끌고 장은, "제목 아래에있는 과학 잡지 네이쳐 (Nature)에 나타나는이 연구 논문의 해당 저자 단일 분자 이미징으로 15nm 크기의 핫스팟 내부 전자기 필드의 배포를 매핑. " 장 공동 저작 신문은 후진타오 Cang, 안나 Labno, Changgui 루, Xiaobo 음과, 명나라 리우, 크리스토퍼 기쁘게했다.

광학 조명 아래, 거친 금속 표면은 빛을 적극 직경 나노미터의 수만을 측정하는 영역에 국한됩니다 미세한 핫스팟, 곳곳 될 것이며, 빛의 라만 (탄력) 산란은 진도 최대 14 명령에 의해 향상됩니다. 먼저 30 년 이상 전에 관찰, 이러한 핫스팟은 plasmons (전자 표면 파도) 및 기타 지역화된 전자기 모드에서 표면 거칠기의 영향에 연결되어있다. 그러나, 지난 3 년 동안, 작은 이들 핫스팟의 유래에 대해 알게되었습니다.

"놀랍게도,이 문제와 다양한 이론에 대한 논문 수천에도 불구하고, 우리가 실험적으로 이러한 나노 크기의 핫스팟의 내부 전자기장의 본질을 결정하는 첫번째있다"후진타오 Cang, 자연 종이 및 회원에 대한 단서 저자는 말합니다 장 연구 그룹. "우리가 측정 15 나노미터 핫스팟은 단백질 분자의 크기에 관한 것입니다. 우리도 분자보다 작은 수 있습니다 핫스팟이있다 믿습니다."

이러한 금속 핫스팟의 크기가 입사 광의 파장보다 훨씬 작은이기 때문에, 새로운 기술은 핫스팟 내에서 전자기 필드를 매핑할 필요했습니다. 버클리 연구팀은 형광 염료 분자 각각은 단일 나노미터의 정확도와 지역화 수있다는 사실에 활용할 야수 방법을 개발했습니다. 표면에 adsorbed 개별 분자의 형광 강도는 단일 핫스팟 내부의 전자기 필드의 직접적인 측정을 제공합니다. 야수가 염료는 한 번에 하나의 분자, stochastically 하나의 핫스팟의 내부를 검사하기 위해 솔루션에 단일 색소 분자의 브라운 운동을 활용합니다.

"우리는 핫스팟 내에서 전자기장에 대한 발견 지수 모양과 같이 가우스 분포의보다 일반적인 형태에 반대하는 지역화된 전자기 필드의 존재에 대한 직접적인 증거이다"Cang는 말합니다. "핫스팟에 대한 제안과 우리가 지금 더 이상 이러한 기본 메커니즘을 조사하기 위해 노력하고 있습니다 몇 가지 경쟁 메커니즘이 있습니다."

야수가 자유롭게 diffusing 형광 염료의 용액에 시료의 잠수함이 잠수과 함께 시작됩니다. 염료의 확산은 이미지 획득 시간 (0.1 밀리초 대 50 대 100 밀리초)보다 훨씬 빠른 있기 때문에, 형광는 균일한 배경을 생산하고 있습니다. 염료 분자가 핫스팟의 표면에 adsorbed 때, 그것은 로컬 필드 강도를보고 지점의 강도와 이미지의 밝은 장소로 나타납니다.

"최대 가능성 단일 분자 지역화 방법을 사용하여 분자가 단일 나노미터의 정확도와 지역화 될 수있다"고 장은 말합니다. "염료 분자가 (일반적으로 수백 밀리초 이내) 표백 후 형광이 사라지고 핫스팟은 다음 흡착 이벤트에 대한 준비가되었습니다."

염료 분자의 오른쪽 농도를 선택하면 하나만 adsorbed molecule 한 번에 광자를 방출되도록 제어하는​​ 핫스팟의 표면에 흡착 속도를 수 있습니다. 짐승 한 광장에 최대보기 입력란 내의 단일 분자 흡착 이벤트, 여러 개의 핫스팟을 기록하는 카메라를 사용하기 때문에 mm은 병렬로 몇 군데하실 수 있습니다.

그들의 논문에서, 장와 그의 동료들은 고효율 태양 전지 및 약한 화학 신호를 감지할 수있는 장치를 만드는 시작, 애플 리케이션의 광범위한 활용되고 핫스팟을 참조하십시오.

"핫스팟이 잘하는 종래의 광학 이상의 초점을 맞춘 전력 작은 자리에 빛을 집중할 수 렌즈처럼"Cang는 말합니다. "종래의 렌즈는 가시 광선 파장의 절반 (약 200-300 나노미터)에 대한 자리에 빛을 집중할 수 있지만, 우리는 지금 핫스팟은 나노미터 크기의 현장에 빛을 집중할 수 있는지 확인합니다."

이 뛰어난 초점 능력을 통해 핫스팟은 따라서 빛을 수확 및 물 분리 효율을 극대화할 수 있도록 태양 전지 장치의 광촉매 사이트에 일 빛을 집중하는 데 사용할 수 있습니다. 단일 분자에서 약한 화학적 신호, 예,의 감지 들어, 핫스팟 그것만을함으로써 신호를 강화하고 배경을 최소화, 관심있는 분자를 조명 때문에 입사 광을 집중하는 데 사용할 수 있습니다.

야수가 또한 nanomaterial, 나노 광학과 metamaterial 장치의 미래 개발을위한 중요한 요소 통과로 가능한 빛의 행동을 연구합니다. 현재 실험 기술은 제한된 해상도의 고통과 진정한 nanoscale에 구현하기 어렵습니다.

"야수가 nanomaterial 고급 나노 광학 장치의 개발을 안내할 것입니다 빛의 분포를 바꿀지도 모르겠어 어떻게 측정할 수있는 전례없는 기회를 제공"Cang는 말합니다. "우리는 또한 어디 분자와 nanomaterial, 그리고 무엇 사이의 에너지 또는 요금 송금 표면 소수성을 결정하는 방법 촉매에서 활성 사이트는 무엇입니까로 표면 과학의 일부 도전 문제를 대답하기 위해 짐승을 사용합니다. 이러한 문제는 필요 전자 - 현미경 수준의 해상도와 광학 분광 정보와 기술. 짐승은 이러한 문제에 대한 완벽한 도구입니다. "

출처 : http://www.lbl.gov/

Last Update: 9. October 2011 03:49

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