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Web-Based Imaging Toolkit pour étudier les champs plasmonique dans des dispositifs nanométriques

Published on February 5, 2011 at 6:00 AM

En typiques dispositifs plasmoniques, les ondes électromagnétiques foule dans les structures métalliques minuscules, concentrer l'énergie dans des dimensions nanométriques.

Grâce au couplage de l'électronique et la photonique dans ces nanostructures métalliques, dispositifs plasmoniques pourraient être exploitées en haute vitesse de transmission de données ou de matrices de détecteurs ultra-rapides. Cependant, l'étude des champs plasmonique dans des dispositifs nanométriques présente un obstacle réel pour les scientifiques, l'examen de ces structures modifie fondamentalement leur comportement.

En imagerie de fluorescence de l'or dans un dispositif en forme de nœud papillon plasmonique, Berkeley Lab chercheurs glané la position des modes de plasmons de quelques nanomètres à part.

"Que vous utilisiez un laser ou une lampe, la longueur d'onde de la lumière est encore trop grande pour étudier les champs plasmonique dans les nanostructures. Qui plus est, la plupart des outils utilisés pour étudier les champs plasmonique modifie le domaine de la distribution-le comportement très, nous espérons comprendre », dit Jim Schuck, un scientifique du personnel avec Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) qui travaille dans l'imagerie et la manipulation de nanostructures Facilité à la Fonderie Moléculaire.

La microscopie optique joue un rôle fondamental dans le répertoire d'un scientifique: la technique est facile à utiliser et ne pas infliger des dommages à un circuit électronique, conçu avec soin ou délicats spécimens biologiques. Toutefois, un objet typique nanométriques d'intérêt-comme un brin d'ADN ou d'un point quantique, est bien en dessous de la longueur d'onde de la lumière visible dans la taille, ce qui signifie que la capacité de distinguer un objet tel un autre quand ils sont étroitement espacés est perdu. Les scientifiques sont maintenant contester cette limite en utilisant la «localisation» des techniques, qui comptent le nombre de photons émanant d'un objet pour aider à déterminer sa position.

Dans de précédents travaux, Schuck et ses collègues de la Fonderie Moléculaire, un ministère américain de l'Énergie (DOE) Nanoscale Science Research Centers, conçu en forme de nœud papillon dispositifs plasmoniques conçu pour capturer, filtrer et orienter la lumière à l'échelle nanométrique. Ces dispositifs nano-trieuse de couleurs a servi comme des antennes à se concentrer et de trier la lumière dans des espaces minuscules à un ensemble de couleurs souhaitées ou les énergies-cruciale pour les filtres et autres détecteurs.

Dans cette dernière avance, Schuck et son équipe de Berkeley Lab utilisé leur concept innovant d'imagerie pour visualiser les champs plasmonique de ces appareils avec une résolution nanométrique. En imagerie de fluorescence de l'or dans le nœud papillon et en maximisant le nombre de photons collectés à partir de leurs appareils nœud papillon, l'équipe a pu glaner la position des modes de plasmons-oscillations de la charge qui en résultent dans les optiques de résonance de quelques nanomètres à part.

«Nous nous demandions s'il y avait un moyen d'utiliser la lumière déjà présente dans notre bowties-localisées photons à sonder ces domaines et servir un journaliste», explique Schuck. «Notre technique est également sensible à des imperfections dans le système, comme de minuscules défauts structurels ou des effets de taille, ce qui suggère que nous pourrions utiliser cette technique pour mesurer la performance des dispositifs plasmoniques dans la recherche et les paramètres de développement."

En parallèle avec les résultats expérimentaux Schuck, Jeff Neaton, directeur de la théorie de la Fonderie Moléculaire de l 'de l'installation des matériaux nanostructurés et Alex McLeod, un étudiant de premier cycle de travail à la fonderie, a développé une boîte à outils sur le Web, conçu pour calculer des images de dispositifs plasmoniques ouverts logiciel développé au Massachusetts Institute of Technology. Pour cette étude, les chercheurs ont simulé l'ajustement de la structure d'une antenne papillon doubler d'ici à quelques nanomètres d'étudier comment modifier la taille et la symétrie d'une antenne plasmonique affecte ses propriétés optiques.

"En décalant leur structure par quelques nanomètres, nous pouvons focaliser la lumière à différentes positions à l'intérieur du nœud papillon avec certitude et la prévisibilité remarquables», a déclaré McLeod. «Ce travail démontre que ces antennes résonnent nanométriques optique avec la lumière, tout comme nos simulations prédisent».

Utile pour les chercheurs qui étudient les structures plasmonique et photoniques, cette trousse sera disponible en téléchargement sur nanoHUB, une ressource de calcul pour les nanosciences et les technologies créées par le Réseau des National Science Foundation for Nanotechnology computationnelle.

"Ce travail illustre vraiment le meilleur de ce que la Fonderie Moléculaire est d'environ", a déclaré Neaton, qui est également directeur adjoint par intérim du Berkeley Lab Matériaux Division des sciences. «Trois distincts ayant des installations d'imagerie Foundry, nanofabrication et la théorie ont collaboré à une avancée significative dans notre compréhension de la façon dont la lumière visible peut être localisé, manipulées et imagée à l'échelle nanométrique."

Un document de déclaration de cette recherche, intitulée «Non-perturbative de visualisation de l'échelle nanométrique plasmonique distributions de champ par microscopie localisation des photons," apparaît dans Physical Review Letters et est disponible pour les abonnés en ligne. Co-auteur du papier avec Schuck, McLeod et Neaton étaient Alexandre Weber-Bargioni, Zhaoyu Zhang, Scott Dhuey, Bruce Harteneck et Stefano Cabrini.

Des portions de ce travail à la Fonderie Moléculaire ont été soutenus par l'Office of Science du DOE. Prise en charge de ce travail a également été fournie par la National Science Foundation à travers le réseau de nanotechnologie computationnelle.

La Fonderie moléculaire est l'un des cinq DOE Nanoscale Science Research Centers (NSRCs), les installations des utilisateurs nationaux de recherche interdisciplinaire à l'échelle nanométrique, soutenu par l'Office of Science du DOE. Ensemble, les NSRCs comprennent une suite d'installations complémentaires qui permettent aux chercheurs d'état de l'art capacités pour fabriquer, traiter, caractériser et de modéliser les matériaux nanométriques, et constituent le plus important investissement de la National Nanotechnology Initiative. Le NSRCs sont situés à l'Argonne DOE, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge et Los Alamos et Sandia National Laboratories.

Source: http://www.lbl.gov/

Last Update: 7. October 2011 05:42

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