Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D

De Nieuwe Methode van het DIER Openbaart Geheimen van Geheimzinnige nano-Gerangschikte Elektromagnetische Hotspots

Published on January 20, 2011 at 6:32 AM

De geheimen achter geheimzinnige nano-gerangschikte elektromagnetische „hotspots“ die op metaaloppervlakten onder een licht verschijnen worden definitief geopenbaard met behulp van een DIER.

De Onderzoekers bij het Ministerie van Energie (DOE) Lawrence Berkeley van de V.S. het Nationale Laboratorium (het Laboratorium van Berkeley) heeft één enkele technologie van de moleculeweergave ontwikkeld, synchroniseerden de BrownTechniek van de super-Resolutie van de Adsorptie van de Zender (DIER), die het voor het eerst mogelijk heeft gemaakt het elektromagnetische gebied binnen hotspot direct om te meten. De resultaten houden belofte voor een aantal technologieën met inbegrip van zonne-energie en het chemische ontdekken in.

De micrograaf die van het Elektron veelvoudige nano-gerangschikte elektromagnetische hotspots op een aluminiumfilm tonen.

„Met onze methode van het DIER, konden wij het elektromagnetische gebiedsprofiel binnen één enkele zo klein hotspot in kaart brengen aangezien 15 nanometers met een nauwkeurigheid neer aan 1.2 nanometers, in enkel een paar notulen,“ Xiang Zhang, een belangrijkste onderzoeker met de Afdeling van de Wetenschappen van de Materialen van het Laboratorium van Berkeley en de Ernest S. Kuh Endowed Voorgezeten Professor bij de Universiteit van Californië (UC) zegt, Berkeley. „Wij ontdekten dat het gebied hoogst gelokaliseerd en, in tegenstelling tot een typisch elektromagnetisch gebied is, zich niet door ruimte verspreidt. Het gebied heeft ook een exponentiële vorm die steil tot een piek toeneemt en dan.“ zeer snel rot

Zhang, die het Centrum voor Scalable en Geïntegreerde NanoManufacturing (SINAM), een een Nationaal Wetenschap van de nano-Schaal van de Stichting van de Wetenschap en Centrum van de Techniek bij UC Berkeley leidt, is de overeenkomstige auteur van een document bij het dit onderzoek dat in de dagboekAard in het kader van de titel „In Kaart Brengend de Distributie van Elektromagnetisch Gebied Binnen een 15nm Rangschikte Hotspot door de Enige Weergave van de Molecule.“ verschijnt De co-Creatie het document met Zhang was HU Cang, Anna Labno, Changgui Lu, Xiaobo Yin, Ming Liu en Christopher Gladden.

Onder optische verlichting, zullen de ruwe metaaloppervlakten gestippeld met microscopische hotspots worden, waar het licht op gebieden metend tientallen nanometers in diameter sterk beperkt is, en (het niet elastische) verspreiden Raman zich van het licht wordt verbeterd door maximaal 14 grootteordes. Eerst waargenomen meer dan 30 jaar geleden, dergelijke zijn hotspots verbonden met het effect van oppervlakteruwheid op plasmons (elektronische oppervlaktegolven) en andere gelokaliseerde elektromagnetische wijzen. Nochtans, tijdens de afgelopen drie decennia, is weinig geleerd over de oorsprong van deze hotspots.

„Ongelooflijk, ondanks duizenden documenten op dit probleem en diverse theorieën, zijn wij de eerste om de aard van het elektromagnetische gebied van zulk een binnen experimenteel te bepalen nano-gerangschikte hotspots,“ zegt HU Cang, hoofdauteur op het document van de Aard en een lid van het onderzoeksteam van Zhang. „15 nanometerhotspot die wij zijn over de grootte van een eiwitmolecule hebben gemeten. Wij geloven er hotspots zijn die zelfs kleiner kunnen zijn dan een molecule.“

Omdat de grootte van deze metaalhotspots veel kleiner is dan de golflengte van inherent licht, was een nieuwe techniek nodig om het elektromagnetische gebied binnen hotspot in kaart te brengen. De onderzoekers van Berkeley ontwikkelden de methode van het DIER om van het feit dat voordeel te trekken de individuele fluorescente kleurstofmolecules met enige nanometernauwkeurigheid kunnen worden gelokaliseerd. De fluorescentieintensiteit van individuele die molecules op de oppervlakte worden geadsorbeerd verstrekt een directe maatregel van het elektromagnetische gebied binnen één enkele hotspot. Het DIER gebruikt de Brownbeweging van enige kleurstofmolecules in een oplossing om de kleurstoffen te maken de binnenkant van enige hotspot aftasten stochastisch, één molecule tegelijkertijd.

De „exponentiële vorm die wij voor het elektromagnetische gebied binnen hotspot is direct bewijsmateriaal voor het bestaan van een gelokaliseerd elektromagnetisch gebied hebben gevonden, in tegenstelling tot de gemeenschappelijkere vorm van Gaussian distributie,“ Cang zegt. „Er zijn verscheidene concurrerende die mechanismen voor hotspots worden voorgesteld en wij werken nu om deze fundamentele mechanismen verder te onderzoeken.“

Het DIER begint met het onderdompelen van een steekproef in een oplossing van vrij het verspreiden fluorescente kleurstof. Aangezien de diffusie van de kleurstof veel sneller is dan de tijd van de beeldaanwinst (0.1 milliseconden versus 50 aan-100 milliseconden), veroorzaakt de fluorescentie een homogene achtergrond. Wanneer een kleurstofmolecule op de oppervlakte van hotspot wordt geadsorbeerd, verschijnt het als heldere vlek in beelden, met de intensiteit van de vlek meldend de lokale gebiedssterkte.

„Door de localisatiemethode van de maximumwaarschijnlijkheids één enkele molecule te gebruiken, kan de molecule met enige nanometernauwkeurigheid worden gelokaliseerd,“ Zhang zegt. „Nadat de kleurstofmolecule (typisch binnen honderden milliseconden) wordt gebleekt, verdwijnt de fluorescentie en hotspot is klaar voor de volgende adsorptiegebeurtenis.“

Het Kiezen van de juiste concentratie van de kleurstofmolecules laat dat het adsorptietarief op de oppervlakte van hotspot toe worden gecontroleerd zodat slechts één geadsorbeerde molecule tegelijkertijd fotonen uitzendt. Aangezien het DIER een camera gebruikt om de enige gebeurtenissen van de moleculeadsorptie te registreren, veelvoudige kunnen hotspots binnen een gebied van mening van zelfs één vierkante millimeter tegelijkertijd imaged zijn.

In hun document, zien Zhang en zijn collega's hotspots zettend aan gebruik in een brede waaier van toepassingen, om te beginnen met het maken van hoogst efficiënte zonnecellen en apparaten die zwakke chemische signalen kunnen ontdekken.

„Hotspot is als een lens die licht aan een kleine vlek met een concentrerende macht voorbij om het even welke conventionele optica kan goed concentreren,“ Cang zegt. „Terwijl een conventionele lens licht aan een vlek over de helft van kan slechts concentreren de golflengte van zichtbaar licht (ongeveer 200-300 nanometers), bevestigen wij nu dat hotspot licht aan een nanometer-gerangschikte vlek kan concentreren.“

Door deze uitzonderlijke concentrerende macht, zouden hotspots kunnen worden gebruikt om zonlicht op de photocatalytic plaatsen van zonneapparaten te concentreren, daardoor helpend om lichte oogstende en water-verdelende efficiency te maximaliseren. Voor de opsporing van zwakke chemische signalen, b.v., van één enkele molecule, zou hotspot kunnen worden gebruikt om inherent licht te concentreren zodat het slechts de molecule van belang verlicht, daardoor verbeterend het signaal en minimaliserend de achtergrond.

Het DIER maakt het mogelijk ook om het gedrag van licht te bestuderen aangezien het door een nanomaterial, kritieke factor voor de toekomstige ontwikkeling van nano-optica en metamaterial apparaten overgaat. De Huidige experimentele technieken lijden aan beperkte resolutie en zijn moeilijk om op uit te voeren echt nanoscale.

Het „DIER biedt een ongekende kans om te meten hoe nanomaterial de distributie van licht verandert, die de ontwikkeling van geavanceerde nano-opticaapparaten zal leiden,“ zegt Cang. „Wij zullen ook DIER gebruiken om sommige opwindende problemen in oppervlaktewetenschap, zoals te beantwoorden waar en wat de actieve plaatsen in een katalysator zijn, hoe de energie of de lasten tussen molecules en nanomaterial overbrengen, en wat oppervlaktehydrophobicity bepalen. Deze problemen vereisen een techniek met de elektron-microscopie niveauresolutie en optische de spectroscopieinformatie. Het DIER is een perfect hulpmiddel voor deze problemen.“

Bron: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 12:10

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit