新的野獸方法顯示神奇納諾尺寸電磁式熱點秘密

Published on January 20, 2011 at 6:32 AM

在出現在金屬表面在光下在野獸幫助下終於顯示的神奇納諾尺寸電磁式 「熱點後的」秘密。

美國能源部的研究員 (DOE)勞倫斯伯克利國家實驗室 (伯克利實驗室) 開發了一次唯一分子成像技術,取綽號 Brownian 放射器吸附超解決方法技術 (野獸),第一次使成為可能直接地評定在熱點裡面的電磁場。 結果擁有一定數量的技術的承諾包括太陽能和化工感覺。

顯示在鋁影片的電子顯微照片多個納諾尺寸電磁式熱點。

「與我們的野獸方法,我們能映射在一樣小一個唯一的熱點內的電磁場配置文件像與下來準確性的 15 毫微米對 1.2 毫微米,在幾分鐘」,在加州大學歐內斯特 S. Kuh Endowed 的主持的教授說有伯克利實驗室的材料學分部的 Xiang 張、一個主要調查人和 (UC),伯克利。 「我們發現這個域不高度局限化,并且,不同於一個典型的電磁場,通過空間繁殖。 這個域也有陡峭上升對峰頂非常快速地然後腐朽的指數形狀」。

張,處理可升級和集成 NanoManufacturing (SINAM) 中心,國家科學基金會納諾縮放比例科學和工程集中在加州大學伯克利分校,是一份文件的對應的作者在出現於日記帳本質在 「映射電磁場配電器的在 15nm 大小的熱點裡面的稱謂下由唯一分子想像的此研究的」。 合著與張的本文是虎隊 Cang,安娜 Labno, Changgui Lu, Xiaobo Yin, Ming 劉,并且克里斯托弗使歡喜。

在光學照明下,概略的金屬表面將變得加點與微觀熱點,光在評定十倍直徑的毫微米的區嚴格被限制,并且喇曼 (無彈性) 分散光由 14 個數量級提高。 首先觀察了超過 30 年前,這樣熱點與地面粗糙度的影響被鏈接了對胞質基因 (電子地表電波) 和其他局限化的電磁式模式。 然而,在過去三十年期間,一點得知這些熱點的始發地。

「驚人地,儘管千位在此問題和多種原理的文件,我們是實驗確定電磁場的本質的第一个裡面的納諾尺寸熱點」,主要作者說虎隊 Cang,本質文件和張的研究小組的成員的。 「我們評定是大約蛋白質分子的範圍的 15 個毫微米熱點。 我們相信有小於分子可能甚而的熱點」。

由於這些金屬熱點的範圍小於入射光波長,一個新的技術是需要的映射在熱點內的電磁場。 伯克利研究員開發野獸方法利用這個情況各自的熒光染料分子可以局限化與唯一毫微米準確性。 在表面吸附的熒光強度各自的分子提供電磁場的一個直接方案在一個唯一熱點裡面的。 野獸使用唯一染料分子的布朗運動在解決方法的做染料隨機地瀏覽唯一熱點的於,一個分子每次。

「我們為在熱點內的電磁場查找的指數形狀是一個局限化的電磁場的存在的直接證據,與高斯配電器相對的更加公用的表單」, Cang 說。 「有為熱點建議的幾個競爭的結構,并且我們現在工作進一步檢查這些根本結構」。

野獸從淹沒在自由散開熒光染料的解決方法的一個範例開始。 因為這種染料的擴散比圖像購買時間 (0.1 毫秒快速與 50 對100 毫秒),熒光導致一個同類的背景。 當染料分子被吸附在熱點的表面上時,看起來作為在圖像的一個明亮的地點,與報告這個的地點的強度局部域力量。

通過使用一個最大概似法唯一分子本地化方法, 「這個分子可以局限化與唯一毫微米準確性」,張說。 「在染料分子被漂白 (典型地在數百毫秒內) 後,熒光消失,并且這個熱點準備好下個吸附活動」。

選擇染料分子的正確的濃度使在熱點的表面的吸附費率被控制,以便仅一個被吸附的分子每次散發光子。 因為野獸使用一臺照相機記錄唯一分子吸附活動,在一平方毫米內視野的多個熱點可以平行是印象的。

在他們的文件,張和他的同事在各種各樣的應用看到放置的熱點使用,從可能檢測弱的化工信號的做非常有效率的太陽能電池和設備開始。

「熱點是像可能集中光到與集中的功率的一個小的地點充分超過所有常規光學的透鏡」, Cang 說。 「當一個常規透鏡可能只集中光到關於一半的一個地點波長可見光 (大約 200-300 毫微米) 時,我們現在確認熱點可能集中光到一個毫微米尺寸地點」。

通過此例外集中的功率,熱點能用於集中星期日光幫助太陽設備 photocatalytic 的站點,從而最大化輕的收穫的和水分裂的效率。 对弱的化工信號的檢測,即,從一個唯一分子,熱點可能用於集中入射光,以便它只照亮利益,從而提高這個信號和使這個背景減到最小的分子。

當它穿過一 nanomaterial、一個重要系數納諾光學的將來的發展的和 metamaterial 設備,野獸也使成為可能學習光工作情況。 當前實驗技術在 nanoscale 遭受有限解決方法并且是難正確地實施。

「野獸提供一個史無前例的機會評定 nanomaterial 如何修改光的配電器,將引導先進的納諾光學設備的發展」,說 Cang。 「我們在表面科學也將使用野獸回答一些富挑戰性的問題,例如,并且什麼是催化劑的有效的站點,如何能源或電荷轉移在分子和 nanomaterial 之間,并且什麼確定表面 hydrophobicity。 這些問題要求與電子顯微學級別解決方法和光學分光學信息的一個技術。 野獸是為這些問題的一個理想的工具」。

來源: http://www.lbl.gov/

Last Update: 26. January 2012 14:04

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