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

Nye BEAST Metode avslører Secrets of Mysterious nanostørrelse Electromagnetic Hotspots

Published on January 20, 2011 at 6:32 AM

Hemmelighetene bak den mystiske nanostørrelse elektromagnetisk "hotspots" som vises på metalloverflater under et lys er endelig blir avslørt ved hjelp av et dyr.

Forskere ved US Department of Energy (DOE) 's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) har utviklet et enkelt molekyl bildeteknologi, kalt Brownske Emitter Adsorption Super-oppløsning Teknikk (BEAST), som har gjort det mulig for første gang å direkte måle elektromagnetiske felt inne i en hotspot. Resultatene holde løftet for en rekke teknologier, inkludert solenergi og kjemisk sensing.

Electron micrograph viser flere nanostørrelse elektromagnetisk hotspots på en aluminium film.

"Med vår BEAST metode, klarte vi å kartlegge det elektromagnetiske feltet profil innenfor en enkelt hotspot så liten som 15 nanometer med en nøyaktighet ned til 1,2 nanometer, på bare noen få minutter," sier Xiang Zhang, en rektor etterforsker med Berkeley Lab Materials Sciences Division og Ernest S. Kuh Utrustet Styres professor ved University of California (UC), Berkeley. "Vi oppdaget at feltet er svært lokaliserte og, i motsetning til en typisk elektromagnetisk felt, ikke forplante seg gjennom rommet. Feltet har også en eksponentiell form som stiger bratt til en topp og deretter henfaller veldig fort."

Zhang, som leder Senter for skalerbar og Integrated nanomanufacturing (SINAM), en National Science Foundation Nano-skala Science and Engineering Center ved UC Berkeley, er den tilsvarende forfatteren av en artikkel om denne forskningen som vises i tidsskriftet Nature under tittelen " Kartlegging av Fordeling av elektromagnetiske felt Inne i en 15nm Sized hotspot ved eneste molekyl Imaging. " Co-authoring papiret med Zhang var Hu Cang, Anna Labno, Changgui Lu, Xiaobo Yin, Ming Liu og Christopher Gladden.

Under optisk belysning, vil ru metalloverflater blitt strødd med mikroskopiske hotspots, der lyset er sterkt begrenset i områder måling titalls nanometer i diameter, og Raman (uelastisk) spredning av lyset er forbedret med opptil 14 størrelsesordener. Først observert mer enn 30 år siden, har slike hotspots vært knyttet til virkningen av overflateruhet på plasmons (elektronisk overflatebølger) og andre lokaliserte elektromagnetisk moduser. Men i løpet av de siste tre tiårene har lite blitt lært om opprinnelsen til disse hotspots.

"Utrolig, til tross for tusenvis av papirer på dette problemet og ulike teorier, er vi de første til å eksperimentelt bestemme arten av det elektromagnetiske feltet på innsiden av et slikt nano-størrelse hotspots", sier Hu Cang, hovedforfatter på artikkelen i Nature og et medlem av Zhang forskningsgruppe. "De 15 nanometer hotspot vi målte er omtrent på størrelse med et protein molekyl. Vi tror det er hotspots som kan også være mindre enn et molekyl."

Fordi størrelsen på disse metallic hotspots er langt mindre enn bølgelengden av innfallende lyset, ble en ny teknikk for å kartlegge elektromagnetiske felt i et hotspot. The Berkeley Forskerne utviklet BEAST metode for å kapitalisere på det faktum at enkelte fluorescerende fargestoffer kan lokaliseres med én nanometer nøyaktighet. Fluorescens intensiteten av individuelle molekyler adsorberes på overflaten gir et direkte mål på det elektromagnetiske feltet i én hotspot. BEAST utnytter Brownske bevegelser av single fargestoffer i en løsning for å gjøre fargestoffer scan innsiden av én hotspot stokastisk, ett molekyl om gangen.

"Den eksponensielle formen vi fant for det elektromagnetiske feltet innen et hotspot er direkte bevis for eksistensen av en lokalisert elektromagnetisk felt, i motsetning til de mer vanlige formen for Gauss fordeling," Cang sier. "Det er flere konkurrerende mekanismer foreslått for hotspots, og vi jobber nå med å ytterligere undersøke disse grunnleggende mekanismene."

BEAST starter med submerging av en prøve i en løsning av fritt diffuserende fluorescerende fargestoff. Siden spredningen av fargestoff er mye raskere enn bildet oppkjøpet tid (0,1 millisekunder vs 50-til-100 millisekunder), produserer fluorescens en homogen bakgrunn. Når et fargestoff molekylet er adsorbert på overflaten av en hotspot, vises det som et lyspunkt i bildene, med intensiteten i stedet rapporterer lokale feltstyrke.

"Ved å bruke en maximum likelihood enkelt molekyl lokalisering metoden kan molekylet være lokalisert med singel nanometer nøyaktighet," Zhang sier. "Etter fargestoff molekylet er bleket (vanligvis i løpet av hundrevis av millisekunder), forsvinner fluorescens og hotspot er klar for neste adsorpsjon hendelsen."

Last Update: 6. October 2011 22:40

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