新的野兽方法显示神奇纳诺尺寸电磁式热点秘密

Published on January 20, 2011 at 6:32 AM

在出现在金属表面在光下在野兽帮助下终于显示的神奇纳诺尺寸电磁式 “热点后的”秘密。

美国能源部的研究员 (DOE)劳伦斯伯克利国家实验室 (伯克利实验室) 开发了一次唯一分子成象技术,取绰号 Brownian 放射器吸附超解决方法技术 (野兽),第一次使成为可能直接地评定在热点里面的电磁场。 结果拥有一定数量的技术的承诺包括太阳能和化工感觉。

显示在铝影片的电子显微照片多个纳诺尺寸电磁式热点。

“与我们的野兽方法,我们能映射在一样小一个唯一的热点内的电磁场配置文件象与下来准确性的 15 毫微米对 1.2 毫微米,在几分钟”,在加州大学欧内斯特 S. Kuh Endowed 的主持的教授说有伯克利实验室的材料学分部的 Xiang 张、一个主要调查人和 (UC),伯克利。 “我们发现这个域不高度局限化,并且,不同于一个典型的电磁场,通过空间繁殖。 这个域也有陡峭上升对峰顶非常快速地然后腐朽的指数形状”。

张,处理可升级和集成 NanoManufacturing (SINAM) 中心,国家科学基金会纳诺缩放比例科学和工程集中在加州大学伯克利分校,是一份文件的对应的作者在出现于日记帐本质在 “映射电磁场配电器的在 15nm 大小的热点里面的称谓下由唯一分子想象的此研究的”。 合著与张的本文是虎队 Cang,安娜 Labno, Changgui Lu, Xiaobo Yin, Ming 刘,并且克里斯托弗使欢喜。

在光学照明下,概略的金属表面将变得加点与微观热点,光在评定十倍直径的毫微米的区严格被限制,并且喇曼 (无弹性) 分散光由 14 个数量级提高。 首先观察了超过 30 年前,这样热点与地面粗糙度的影响被链接了对胞质基因 (电子地表电波) 和其他局限化的电磁式模式。 然而,在过去三十年期间,一点得知这些热点的始发地。

“惊人地,尽管千位在此问题和多种原理的文件,我们是实验确定电磁场的本质的第一个里面的纳诺尺寸热点”,主要作者说虎队 Cang,本质文件和张的研究小组的成员的。 “我们评定是大约蛋白质分子的范围的 15 个毫微米热点。 我们相信有小于分子可能甚而的热点”。

由于这些金属热点的范围小于入射光波长,一个新的技术是需要的映射在热点内的电磁场。 伯克利研究员开发野兽方法利用这个情况各自的荧光染料分子可以局限化与唯一毫微米准确性。 在表面吸附的荧光强度各自的分子提供电磁场的一个直接方案在一个唯一热点里面的。 野兽使用唯一染料分子的布朗运动在解决方法的做染料随机地浏览唯一热点的于,一个分子每次。

“我们为在热点内的电磁场查找的指数形状是一个局限化的电磁场的存在的直接证据,与高斯配电器相对的更加公用的表单”, Cang 说。 “有为热点建议的几个竞争的结构,并且我们现在工作进一步检查这些根本结构”。

野兽从淹没在自由散开荧光染料的解决方法的一个范例开始。 因为这种染料的扩散比图象购买时间 (0.1 毫秒快速与 50 对100 毫秒),荧光导致一个同类的背景。 当染料分子被吸附在热点的表面上时,看起来作为在图象的一个明亮的地点,与报告这个的地点的强度局部域力量。

通过使用一个最大概似法唯一分子本地化方法, “这个分子可以局限化与唯一毫微米准确性”,张说。 “在染料分子被漂白 (典型地在数百毫秒内) 后,荧光消失,并且这个热点准备好下个吸附活动”。

选择染料分子的正确的浓度使在热点的表面的吸附费率被控制,以便仅一个被吸附的分子每次散发光子。 因为野兽使用一台照相机记录唯一分子吸附活动,在一平方毫米内视野的多个热点可以平行是印象的。

在他们的文件,张和他的同事在各种各样的应用看到放置的热点使用,从可能检测弱的化工信号的做非常有效率的太阳能电池和设备开始。

“热点是象可能集中光到与集中的功率的一个小的地点充分超过所有常规光学的透镜”, Cang 说。 “当一个常规透镜可能只集中光到关于一半的一个地点波长可见光 (大约 200-300 毫微米) 时,我们现在确认热点可能集中光到一个毫微米尺寸地点”。

通过此例外集中的功率,热点能用于集中星期日光帮助太阳设备 photocatalytic 的站点,从而最大化轻的收获的和水分裂的效率。 对弱的化工信号的检测,即,从一个唯一分子,热点可能用于集中入射光,以便它只照亮利益,从而提高这个信号和使这个背景减到最小的分子。

当它穿过一 nanomaterial、一个重要系数纳诺光学的将来的发展的和 metamaterial 设备,野兽也使成为可能学习光工作情况。 当前实验技术在 nanoscale 遭受有限解决方法并且是难正确地实施。

“野兽提供一个史无前例的机会评定 nanomaterial 如何修改光的配电器,将引导先进的纳诺光学设备的发展”,说 Cang。 “我们在表面科学也将使用野兽回答一些富挑战性的问题,例如,并且什么是催化剂的有效的站点,如何能源或电荷转移在分子和 nanomaterial 之间,并且什么确定表面 hydrophobicity。 这些问题要求与电子显微学级别解决方法和光学分光学信息的一个技术。 野兽是为这些问题的一个理想的工具”。

来源: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 12:08

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