Web-Based Imaging Toolkit zu Plasmonenfelder in Nanometer-Bauteilen Study

Published on February 5, 2011 at 6:00 AM

In typischen plasmonischen Geräte, Menge elektromagnetischer Wellen in winzige Metall-Strukturen, die Konzentration Energie in nanoskaligen Dimensionen.

Durch Kopplung von Elektronik und Photonik in dieser Metall-Nanostrukturen könnten plasmonischen Geräte für High-Speed-Datenübertragung oder ultraschnelle Detektorarrays genutzt werden. Allerdings studieren Plasmonenfelder in Nanometer-Bauteilen stellt eine echte Hürde für die Wissenschaftler, wie der Untersuchung dieser Strukturen inhärent verändert ihr Verhalten.

Durch die Abbildung Fluoreszenz von Gold innerhalb einer Fliege-förmigen plasmonischen Gerät, Berkeley Lab Forscher die Position der Plasmonen-Modi aufgelesen nur wenige Nanometer voneinander entfernt.

"Egal, ob Sie ein Laser oder eine Lampe verwenden, ist die Wellenlänge des Lichts immer noch zu groß, um Plasmonenfelder in Nanostrukturen zu untersuchen. Was mehr ist, die meisten Werkzeuge zur Plasmonenfelder Studie wird die Feldverteilung-den sehr Verhalten, das wir hoffen, zu verstehen, zu verändern ", sagt Jim Schuck, wissenschaftlicher Mitarbeiter mit Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), die in der Bildgebung und Manipulation von Nanostrukturen Werke Facility der Molecular Foundry.

Lichtmikroskopie spielt eine fundamentale Rolle in einem Wissenschaftler-Repertoire: die Technik ist einfach zu bedienen und nicht Schaden zufügen, um eine sorgfältig gearbeitete elektronische Schaltung oder empfindlichen biologischen Proben. Allerdings, ein typisches nanoskaligen Objekt von Interesse, etwa ein DNA-Strang oder ein quantum deutlich unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts in Größe dot-, was bedeutet, die Fähigkeit, ein solches Objekt von einem anderen unterscheiden, wenn sie eng beieinander ist verloren. Die Wissenschaftler sind jetzt herausfordernd diese Grenze mit "Lokalisierung" Techniken, die die Anzahl der Photonen ausgeht count von einem Objekt, um festzustellen, seine Position.

In früheren Arbeiten, Schuck und Kollegen an der Molecular Foundry, ein US-Department of Energy (DOE) Nanoscale Science Research Centers, bowtie-förmigen plasmonischen Geräten zur Aufzeichnung, Filterung und steuern Licht auf der Nanometerskala entwickelt. Diese Nano-Farbsortierer Geräte diente als Antennen zu konzentrieren und zu sortieren Licht in kleinen Räumen, um eine gewünschte Menge von Farben oder Energien-entscheidend für Filter und andere Detektoren.

In dieser neuesten Fortschritt, verwendet Schuck und seine Berkeley Lab-Team ihre innovativen Imaging-Konzept Plasmonenfelder von diesen Geräten mit nanoskaliger Auflösung sichtbar zu machen. Durch die Abbildung Fluoreszenz von Gold innerhalb der Fliege und die Maximierung der Anzahl von Photonen aus ihrer bowtie Geräte gesammelt, konnte das Team um die Position der Plasmonen-Modi-Schwingungen der Ladung aufzulesen, die sich in der optischen Resonanz-nur wenige Nanometer voneinander entfernt.

"Wir fragten uns, ob es einen Weg, um mit Licht bereits in unserer bowties lokalisierten Photonen-diese Felder Sonde und dienen als Reporter", sagt Schuck. "Unsere Technik ist auch empfindlich auf Mängel im System, wie zum Beispiel winzige strukturelle Mängel oder Size-Effekte, was darauf hindeutet konnten wir diese Technik verwenden, um die Leistung der Plasmonen-Geräte sowohl in der Forschung und Entwicklung Einstellungen zu messen."

Parallel mit experimentellen Befunden Schuck Jahren entwickelte Jeff Neaton, Direktor des Molecular Foundry 's Theory of Nanostrukturierte Materialien Facility und Alex McLeod, ein Bachelor-Student arbeitet an der Foundry, ein web-basiertes Toolkit entwickelt, um Bilder von Plasmonen Geräten mit offenen berechnen -Source-Software am Massachusetts Institute of Technology entwickelt wurde. Für diese Studie simulierten die Forscher die Anpassung der Struktur eines doppelten bowtie Antenne von wenigen Nanometern zu untersuchen, wie das Ändern der Größe und Symmetrie eines plasmonischen Antenne beeinträchtigt die optischen Eigenschaften.

"Durch die Verlagerung ihrer Struktur von nur wenigen Nanometern, können wir Licht in verschiedenen Positionen innerhalb der Fliege mit bemerkenswerter Sicherheit und Berechenbarkeit konzentrieren", sagte McLeod. "Diese Arbeit zeigt, dass diese nanoskaligen optische Antennen in Resonanz mit Licht genauso wie unsere Simulationen vorhersagen."

Nützlich für Forscher untersuchen Plasmonen und photonischen Strukturen, wird dieses Toolkit zum Download zur Verfügung auf nanoHUB, eine rechnerische Hilfsmittel für Nanowissenschaft und-technologie durch die National Science Foundation Network for Computational Nanotechnology erstellt.

"Diese Arbeit ein gutes Beispiel für die besten, was der Molecular Foundry ist ungefähr", sagte Neaton, der auch amtierender ist stellvertretender Direktor des Berkeley Lab Materials Sciences Division. "Drei separate Foundry Einrichtungen-Imaging, Nanofabrication und Theorie-Zusammenarbeit auf einen signifikanten Fortschritt in unserem Verständnis davon, wie das sichtbare Licht lokalisiert werden kann, manipuliert und abgebildet auf der Nanometerskala."

Ein Papier Berichterstattung dieser Forschung mit dem Titel "Non-perturbative Visualisierung von nanoskaligen plasmonischen Feldverteilungen über Photon Lokalisationsmikroskopie", erscheint in der Zeitschrift Physical Review Letters und ist für Abonnenten online. Co-Authoring das Papier mit Schuck wurden McLeod und Neaton Alexander Weber-Bargioni, Zhaoyu Zhang, Scott Dhuey, Bruce Harteneck und Stefano Cabrini.

Teile dieser Arbeit an der Molecular Foundry wurden von DOE Office of Science unterstützt. Unterstützung für diese Arbeit wurde auch von der National Science Foundation durch das Netzwerk für Computational Nanotechnologie zur Verfügung gestellt.

Die Molecular Foundry ist eine der fünf DOE Nanoscale Science Research Centers (NSRCs), der nationalen Benutzer Einrichtungen für interdisziplinäre Forschung im Nanobereich, die von der DOE Office of Science unterstützt. Gemeinsam NSRCs umfassen eine Reihe von komplementären Einrichtungen, die Forscher stellen mit state-of-the-art Funktionen herzustellen, zu verarbeiten, zu charakterisieren und Modell nanoskaligen Materialien und bilden den größten Investitionen in die Infrastruktur der National Nanotechnology Initiative. Die NSRCs sind DOE Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge und Sandia und Los Alamos National Laboratories liegt.

Quelle: http://www.lbl.gov/

Last Update: 5. October 2011 10:25

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