وتستند هذه المواد على العمل بدعم من صندوق البدء في جامعة مينيسوتا، والمدن التوأم. نفذت أجزاء من هذا العمل في مرفق توصيف، جامعة مينيسوتا، وهو عضو في المواد أبحاث شبكة المرافق تمول NSF (www.mrfn.org) عن طريق برنامج MRSEC. ونفذ جزء من هذا العمل أيضا في مركز مينيسوتا نانو التي تتلقى دعما جزئيا من جبهة الخلاص الوطني من خلال برنامج NNCI.

تحذير: العديد من المواد الكيميائية المستخدمة في هذه التوليفات سامة أو قابلة للاشتعال للغاية، ويمكن أن يسبب تهيج وتلف الجهاز شديد عند لمسها أو استنشاقها. يرجى ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة (PPE) عند التعامل مع. 1. إعداد الطبقة الأولى من الذهب (الاتحاد الافريقي) عمود نانوي صالحة (الشكل 2A-ج و2E الشكل-ز) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد النحاس (النحاس) طبقات البذور ل Au الكهربائي (الشكل 2A، B و 2E الشكل، و) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام 4 &quot;مقاومة عالية السيليكون (سي) رقاقة (المقاومة: 560-840 Ω · سم) والركيزة وسي ويفر هو N-نوع مخدر ومصقول على جانب واحد (الشكل 2A، ه). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطع سي ويفر إلى 2 سم × 2.5 سم قطعة لاستخدامها لاحقا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيداع طبقة 5 نانومتر الكروم (الكروم) على عينة سي باستخدام شعاع الإلكترون (E-شعاع) عملية التبخر باعتبارها طبقة التصاق بين سي والنحاس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيداع النحاس طبقة 10 نانومتر على الجزء العلوي من طبقة الكروم الموجودة باستخدامشعاع E عملية التبخر والطبقة البذور ل Au الكهربائي (الشكل 2B، و). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الطلاء الكهربائي للعمود نانوي مجموعة الاتحاد الافريقي (الشكل 2C، ز) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الزخرفة مجموعة عمود نانوي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور معطف مقاوم الضوء على عينة أعدت في القسم 1.1 في 2000 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خبز العينة على طبق ساخن عند 115 درجة مئوية لمدة 60 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كشف مقاومة للضوء تحت الأشعة فوق البنفسجية (UV) خفيفة (قوة ~ 15 ميغاواط / سم 2) مع الضوئية الرئيسية الكروم التي تحتوي على الآلاف من أنماط عمود نانوي لمدة 22 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطوير مع المطور لمدة 90 ق مع الإثارة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة مع منزوع الأيونات الماء (DI) ومجففا للعينة مع بندقية الهواء. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الطلاء الكهربائي للعمود نانوي مجموعة الاتحاد الافريقي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة القسم العلوي من مقاوم الضوء على عينة مع الأسيتون لفضح طبقة البذور النحاس للاتصال الكهربائي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط سامسبيل (طبقة البذور النحاس) إلى الطرف السالب من المتر المصدر باستخدام المشبك والأسلاك. في هذه الحالة، تكون العينة الأنود خلال عملية الطلاء الكهربائي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط قطعة من البلاتين (حزب العمال) المغلفة سي (نفس حجم العينة) إلى الطرف الموجب للمتر المصدر. وحزب العمال هو القطب السالب خلال عملية الطلاء الكهربائي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غمر كل من القطب السالب حزب العمال والنحاس القطب الموجب في حل الكهربائي الاتحاد الافريقي. الحفاظ على القطبين في مواجهة بعضهما البعض بمسافة ~ 1 سم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل متر المصدر وتوفير الجهد المستمر 1.12 خامسا بالكهرباء الاتحاد الافريقي على العينة لمدة 8 دقائق (معدل الترسيب: ~ 100 نانومتر / دقيقة). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة مع الماء DI، تليها الأسيتون لإزالة مقاومة للضوء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة مع الماء DI مرة أخرى وضربة الجافة مع بندقية الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تفقد مطلي الاتحاد الافريقي عمود نانوي مجموعة تحت المجهر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس سمك عمود نانوي الاتحاد الافريقي مع profilometer (سمكعمود نانوي او غير ~ 800 نانومتر). ملاحظة: يمكن أيضا ثابت الحالي مجموعة المتابعة أن تستخدم لبالكهرباء عمود نانوي الاتحاد الافريقي. في كل الجهد المستمر ومستمرة التكوينات الراهنة، ومثالية الجهد الحالي وتستخدم ل Au الكهربائي يمكن أن يتحقق عن طريق التجربة والخطأ. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. إنشاء نانو الفجوات بين الاتحاد الافريقي عمود نانوي (الشكل 2D، ح) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة الكروم والنحاس طبقات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غمر العينة في النحاس منمش حتى يختفي اللون النحاس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تفقد عمود نانوي الاتحاد الافريقي تحت المجهر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غمر العينة في الكروم قناع منمش لمدة 10 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تفقد عمود نانوي الاتحاد الافريقي تحت المجهر. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصنيع أكسيد الألومنيوم نانو النطاق (آل 2 يا 3) الثغرات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسخين شام نظام ALDالبر إلى 200 درجة مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع العينة في وسط الغرفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضخ أسفل غرفة إلى فراغ وتعيين عدد دورة إلى 100 (معدل الترسيب: ~ 1 A / دورة). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بالتتابع وبدلا من ذلك النبض ثلاثي ميثيل ألومنيوم (TMA) الغاز مع فترة زمنية من 0.015 الصورة والماء (H 2 O) بخار مع فترة زمنية من 0.015 الصورة في غرفة لإيداع موحد آل 2 يا 3 طبقات على العينة. الفجوة الزمنية بين كل نبضة هو 5 ثوان. وضغط الغرفة خلال نبض TMA 10 عربة والضغط أثناء H 2 O بخار النبض هو 2 عربة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطهير وفراغ الغرفة بين كل دورة من ترسب. إيداع آل 2 يا 3 لمدة 100 دورات وإخراج عينة من الغرفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس سماكة محددة المدة آل 2 يا 3 باستخدام ellipsometer. </li></ol></li></ol> 3. إعداد الطبقة الثانية من الاتحاد الافريقي رقيقة (الشكل 2I-لتر والشكل 2M-ع) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد طبقات البذور النحاس ل Au الكهربائي (الشكل 2I، م) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع العينة في وسط لصاحب العينة المبخر شعاع E. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيقاف دوران العينة في المبخر شعاع E. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيداع الكروم طبقة 5 نانومتر على العينة ليكون بمثابة طبقة التصاق بين آل 2 يا 3 والنحاس. استخدام عملية التبخر شعاع E دون دوران العينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيداع 10 نانومتر النحاس في أعلى طبقة الكروم القائمة باستخدام عملية التبخر شعاع E دون دوران عينة كطبقة البذور ل Au الكهربائي. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الكهربائي الفيلم الاتحاد الافريقي رقيقة (الشكل 2J، ن) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط العينة (طبقة البذور النحاس) إلى السالب للمتر المصدر باستخدام المشبك والأسلاك. في هذه الحالة، تكون العينة الأنود خلال عملية الطلاء الكهربائي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل القطب السالب حزب العمال إلى الطرف الموجب للمتر المصدر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غمر كل من القطب السالب حزب العمال والنحاس انوده في حل الكهربائي الاتحاد الافريقي. الحفاظ على القطبين في مواجهة بعضهما البعض بمسافة ~ 1 سم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل متر المصدر وانشاء الجهد المستمر من 1.35 V وبالكهرباء الاتحاد الافريقي على العينة لمدة 16 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تفقد الاتحاد الافريقي مطلي ومطلي سابقا الاتحاد الافريقي عمود نانوي مجموعة تحت المجهر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس سمك عمود نانوي الاتحاد الافريقي مع profilometer (سمك عمود نانوي الاتحاد الافريقي هو ~ 400 نانومتر). ملاحظة: على غرار الكهربائي الاتحاد الافريقي في القسم 1.2.2، ثابت الحالي مجموعة المتابعة يمكن أن تستخدم أيضا لبالكهرباء الاتحاد الافريقي رقيقة. في كل الجهد المستمر ومستمرة التكوينات الراهنة، ومثالية الجهد الحالي وتستخدم ل Au الكهربائي يمكن أن يتحقق عن طريق التجربة والخطأ. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة الكروم والنحاس طبقات (الشكل 2K، س) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غمر العينة في النحاس منمش لمدة 10 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة مع DI والماءد ضربة الجافة مع بندقية الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تفقد عمود نانوي الاتحاد الافريقي تحت المجهر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غمر العينة في الكروم قناع منمش لمدة 10 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تفقد عمود نانوي الاتحاد الافريقي تحت المجهر. ملاحظة: بدلا من ذلك، غمر العينة في الاتحاد الافريقي حل الكهربائي مرة أخرى لإيداع طبقة إضافية من الاتحاد الافريقي في أعلى طبقة الاتحاد الافريقي مطلي الثانية بعد إزالة الكروم والنحاس (الخطوة 3.3). هذه الطبقة الاتحاد الافريقي إضافية تزيد من سمك الكلي للطبقة الثانية للاتحاد ويضمن اتصال جيد بين طبقة الاتحاد الافريقي وطبقة آل 2 يا 3 (الشكل 2I، ع). </li></ol></li></ol> 4. تعريف C-شكل SRR (الشكل 2Q-الصورة والشكل، 2U ث) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الزخرفة على SRR C-الشكل (الشكل 2Q، ش) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور معطف مقاوم الضوء على العينة في 2000 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خبز العينة على طبق ساخن من 115 درجة مئوية لمدة 60 ثانية. </li><lط&gt; كشف مقاومة للضوء تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية (قوة ~ 15 ميغاواط / سم 2) مع الضوئية الرئيسية الكروم لمدة 22 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطوير مع المطور لمدة 90 ق مع الإثارة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة بالماء DI ومجففا للعينة مع بندقية الهواء. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعريف C-الشكل باستخدام طاحونة أيون (الشكل 2R، والخامس والشكل 2S، ث) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إرفاق العينة على صاحب العينة ايون مطحنة باستخدام النحاس الشريط موصل على الوجهين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تهدئة غرفة ايون مطحنة إلى 6 درجات مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ايون طاحونة العينة مع الجهد شعاع من 300 V وشعاع الحالية من 125 مللي أمبير ل~ 30 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إخراج عينة وفحص عمود نانوي الاتحاد الافريقي خارج C-الشكل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر الخطوة 4.2.3 و4.2.4 إذا الاتحاد الافريقي لا تزال واضحة خارج C-الشكل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يصوتن العينة في الأسيتون لإزالة مقاومة للضوء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تفقد العينة تحت المجهر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر الخطوة 4.2.6 و 4.2.7 إذا لم يتم إزالة مقاومة للضوء بشكل كامل. ملاحظة: بدلا من ذلك، وتطبيق الأوكسجين مقاومة تليين خطوات لمقاومة للضوء قبل إزالة مقاومة للضوء. ومع ذلك، حمام صوتنة هو الأسلوب الأكثر فعالية لإزالة مقاومة للضوء إذا كان ذلك ممكنا. </li></ol></li></ol> 5. إزالة آل 2 يا 3 للطيران نانو الثغرات (الشكل 2T، خ) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غمر العينة في 5٪ محلول فلوريد الهيدروجين (HF) لمدة 5 دقائق لإزالة آل 2 يا 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء. </li></ol>

<ol>
	<li>Xu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+visible-infrared+metamaterials+and+their+applications+in+highly+sensitive+chemical+and+biological+sensing.">Flexible visible-infrared metamaterials and their applications in highly sensitive chemical and biological sensing.</a> Nano Lett. 11 (8), 3232-3238 (2011).</li><li>Singh, R., Cao, W., Al-Naib, I., Cong, L., Withayachumnankul, W., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasensitive+terahertz+sensing+with+high-Q+Fano+resonances+in+metasurfaces.">Ultrasensitive terahertz sensing with high-Q Fano resonances in metasurfaces.</a> Appl. Phys. Lett. 105 (17), 171101 (2014).</li><li>Torun, H., Top, F. C., Dundar, G., Yalcinkaya, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+antenna-coupled+split-ring+resonator+for+biosensing.">An antenna-coupled split-ring resonator for biosensing.</a> J. Appl. Phys. 116 (12), 124701 (2014).</li><li>Chen, T., Li, S., Sun, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metamaterials+application+in+sensing.">Metamaterials application in sensing.</a> Sensors. 12 (3), 2742-2765 (2012).</li><li>Jaruwongrungsee, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic-based+Split-Ring-Resonator+Sensor+for+Real-time+and+Label-free+Biosensing.">Microfluidic-based Split-Ring-Resonator Sensor for Real-time and Label-free Biosensing.</a> Procedia Eng. 120, 163-166 (2015).</li><li>Han, J., Lakhtakia, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiconductor+split-ring+resonators+for+thermally+tunable+terahertz+metamaterials.">Semiconductor split-ring resonators for thermally tunable terahertz metamaterials.</a> J. Mod. Optic. 56 (4), 554-557 (2009).</li><li>Melik, R., Unal, E., Perkgoz, N. K., Puttlitz, C., Demir, H. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+metamaterials+for+wireless+strain+sensing.">Flexible metamaterials for wireless strain sensing.</a> Appl. Phys. Lett. 95 (18), 181105 (2009).</li><li>Naqui, J., Dur&#225;n-Sindreu, M., Mart&#237;n, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alignment+and+position+sensors+based+on+split+ring+resonators.">Alignment and position sensors based on split ring resonators.</a> Sensors. 12 (9), 11790-11797 (2012).</li><li>Chiam, S., Singh, R., Gu, J., Han, J., Zhang, W., Bettiol, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+frequency+shifts+in+high+aspect+ratio+terahertz+split+ring+resonators.">Increased frequency shifts in high aspect ratio terahertz split ring resonators.</a> Appl. Phys. Lett. 94 (6), 064102 (2009).</li><li>Gil, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Varactor-loaded+split+ring+resonators+for+tunable+notch+filters+at+microwave+frequencies.">Varactor-loaded split ring resonators for tunable notch filters at microwave frequencies.</a> Electron. Lett. 40 (21), 1347-1348 (2004).</li><li>Driscoll, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuned+permeability+in+terahertz+split-ring+resonators+for+devices+and+sensors.">Tuned permeability in terahertz split-ring resonators for devices and sensors.</a> Appl. Phys. Lett. 91 (6), 062511 (2007).</li><li>Liu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Displacement+Current+Mediated+Resonances+in+Terahertz+Metamaterials.">Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials.</a> Adv. Opt. Mater. 4 (8), 1302-1309 (2016).</li><li>Huang, M., Zhao, F., Cheng, Y., Xu, N., Xu, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+area+uniform+nanostructures+fabricated+by+direct+femtosecond+laser+ablation.">Large area uniform nanostructures fabricated by direct femtosecond laser ablation.</a> Opt. Express. 16 (23), 19354-19365 (2008).</li><li>Broers, A., Molzen, W., Cuomo, J., Wittels, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron-beam+fabrication+of+80-&#197;+metal+structures.">Electron-beam fabrication of 80-&#197; metal structures.</a> Appl. Phys. Lett. 29 (9), 596-598 (1976).</li><li>Isaacson, M., Muray, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insitu+vaporization+of+very+low+molecular+weight+resists+using+1/2+nm+diameter+electron+beams.">Insitu vaporization of very low molecular weight resists using 1/2 nm diameter electron beams.</a> J. Vac. Sci. Technol. 19 (4), 1117-1120 (1981).</li><li>Yang, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+of+hydrogen+silsesquioxane+electron+resist+for+sub-5-nm-half-pitch+lithography.">Understanding of hydrogen silsesquioxane electron resist for sub-5-nm-half-pitch lithography.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 27 (6), 2622-2627 (2009).</li><li>Duan, H., Yang, J. K., Berggren, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+Collapse+of+High-Aspect-Ratio+Nanostructures.">Controlled Collapse of High-Aspect-Ratio Nanostructures.</a> Small. 7 (18), 2661-2668 (2011).</li><li>Cord, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limiting+factors+in+sub-10nm+scanning-electron-beam+lithography.">Limiting factors in sub-10nm scanning-electron-beam lithography.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 27 (6), 2616-2621 (2009).</li><li>Manfrinato, V. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resolution+limits+of+electron-beam+lithography+toward+the+atomic+scale.">Resolution limits of electron-beam lithography toward the atomic scale.</a> Nano Lett. 13 (4), 1555-1558 (2013).</li><li>Ashraf, M., Sreenath, A., Chollet, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-cost+mould+for+nano-imprinting+uses+monolayer+of+self-organized+nanospheres.">Low-cost mould for nano-imprinting uses monolayer of self-organized nanospheres.</a> SPIE Newsroom. , (2007).</li><li>Hu, T., Gao, Y., Wang, Z., Tang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-dimensional+self-assembly+of+inorganic+nanoparticles.">One-dimensional self-assembly of inorganic nanoparticles.</a> Front. Phys. China. 4, 487-496 (2009).</li><li>Kitching, H., Shiers, M. J., Kenyon, A. J., Parkin, I. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+metallic+nanoparticles+into+one+dimensional+arrays.">Self-assembly of metallic nanoparticles into one dimensional arrays.</a> J. Mater. Chem. A. 1 (24), 6985-6999 (2013).</li><li>Klinkova, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+optical+properties+of+self-assembled+chains+of+plasmonic+nanocubes.">Structural and optical properties of self-assembled chains of plasmonic nanocubes.</a> Nano Lett. 14 (11), 6314-6321 (2014).</li><li>Caswell, K., Wilson, J. N., Bunz, U. H., Murphy, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preferential+end-to-end+assembly+of+gold+nanorods+by+biotin-streptavidin+connectors.">Preferential end-to-end assembly of gold nanorods by biotin-streptavidin connectors.</a> J. Am. Chem. Soc. 125 (46), 13914-13915 (2003).</li><li>Liu, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Step-growth+polymerization+of+inorganic+nanoparticles.">Step-growth polymerization of inorganic nanoparticles.</a> Science. 329 (5988), 197-200 (2010).</li><li>Nie, Z., Fava, D., Kumacheva, E., Zou, S., Walker, G. C., Rubinstein, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+metal-polymer+analogues+of+amphiphilic+triblock+copolymers.">Self-assembly of metal-polymer analogues of amphiphilic triblock copolymers.</a> Nat. Mater. 6 (8), 609-614 (2007).</li><li>Chen, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+layer+lithography+of+wafer-scale+nanogap+arrays+for+extreme+confinement+of+electromagnetic+waves.">Atomic layer lithography of wafer-scale nanogap arrays for extreme confinement of electromagnetic waves.</a> Nat. Commun. 4 (2361), (2013).</li><li>Nam, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-10-nm+nanochannels+by+self-sealing+and+self-limiting+atomic+layer+deposition.">Sub-10-nm nanochannels by self-sealing and self-limiting atomic layer deposition.</a> Nano Lett. 10 (9), 3324-3329 (2010).</li></ol>

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

هذه التقنية تلفيق لها مزايا كبيرة لإنشاء هياكل نانو النطاق على الطرق القائمة، مثل الطباعة الحجرية E-الحزم والتجميع الذاتي. أولا، وهياكل نانو النطاق يمكن أن تتحقق على مساحة واسعة (على رقاقة بأكمله) باستخدام الضوئية الرئيسية التي يتميز صفائف عمود نانوي، وهي ليست عملية...

وقد وضعت تيراهيرتز (THZ) يتعلق بما وارء (MMS) لأجهزة الاستشعار الطبية الحيوية والأجهزة 1، 2، 3، 4، 5، 6، 7، 8، 9، 10، 11 التردد رشيقة. من أجل تحسين حساسية وتردد انتقائية THz للأجهزة الاستشعار MM، وقد تم تصميم القائم على عمود نانوي انقسام عصابة مرنان (SRR) باستخدام النزوح الحالية ولدت داخل الذهب (الاتحاد الافريقي) صفائف عمود نانوي لإثارة الأصداء THz للمع العوامل فائقة الجودة ( Q-العوامل) (~ 450) (الشكل 1) 12. على الرغم من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي تظهر العالية العوامل س وقدرات الاستشعار واعدة، تلفيق مثل nanostructurوفاق مع نسب عالية (أكثر من 40) والثغرات نانو النطاق (دون 10 نانومتر) على مساحة واسعة لا تزال صعبة (13). هذه التقنية الأكثر استخداما لصنع هياكل نانو النطاق هي شعاع الإلكترون الطباعة الحجرية (EBL) 14، 15، 16، 17. ومع ذلك، فإن قرار EBL لا يزال محدودا نظرا لحجم شعاع بقعة، نثر الإلكترون، خصائص مقاومة، وعملية التنمية 18 و 19. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه ليس من العملي لافتعال النانو باستخدام EBL على مساحة واسعة نظرا لوقت العملية بطيئة وتكاليف عملية كبيرة 20. استراتيجية أخرى لتحقيق النانو هو استخدام تقنية التجميع الذاتي 21 و 22. بواسطة nanocubes المعادن الذاتي تجميع (البلاغات) في حل وUTILتشغيلها على التفاعل كهرباء ورابطة بروابط البوليمر بين البلاغات، منظمة تنظيما جيدا مجموعة NC-الأبعاد واحد مع وجود ثغرات نانو النطاق يمكن أن يتحقق 23. حجم النانو الفجوة يعتمد على بروابط البوليمر بين البلاغات ويمكن التحكم من خلال تطبيق مواد البوليمر مختلفة مع مختلف الأوزان الجزيئية 24، 25، 26. هو التجميع الذاتي تقنية قوية لتحقيق النانو متدرجة وفعالة من حيث التكلفة 23. ومع ذلك، فإن عملية تصنيع أكثر تعقيدا بالمقارنة مع العمليات الصغيرة والمتناهية الصغر تلفيق التقليدية، والتحكم في أحجام نانو الفجوة ليست دقيقة بما فيه الكفاية لتطبيقات الأجهزة الإلكترونية. من أجل افتعال الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي بنجاح، يجب أن اخترع طريقة تلفيق رواية لتحقيق الأهداف التالية: أ) عملية تلفيق سهلة لتطبيق وغير متوافقة مع اتفاقيةالصغيرة والمتناهية الصغر تلفيق عمليات القاعدة، ب) تلفيق على مساحة واسعة للتطبيق. ج) الأحجام نانو الفجوة يمكن السيطرة عليها بسهولة، وعلى وجه التحديد مع قرار 0.1 نانومتر، ويمكن زيادتها الى 10 نانومتر أو أقل. ويتجلى أسلوب تلفيق رواية باستخدام مزيج من عملية الطلاء الكهربائي وعملية ذرية طبقة ترسب (محددة المدة) لافتعال الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي. منذ الكهربائي هو عملية ملء النفس مع انخفاض التكلفة، فمن السهل أن تصنيع الهياكل على مساحة واسعة. ALD هو عملية ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) والتي يمكن التحكم بدقة من قبل دورة رد فعل أثناء العملية. حل رقيقة محددة المدة يمكن أن يكون 0.1 نانومتر، ورقيقة وهي مغلفة بشكل موحد مع جودة عالية، والذي هو مناسبة لخلق نانو النطاق الثغرات 27 و 28. القائم على عمود نانوي مجموعة SRR مع 10 نانومتر الثغرات أو أقل يمكن أن تكون ملفقة بنجاح على مساحة 6 مم × 6 مم. كل من لياليتظهر imulated وقياس أطياف نقل THz للسلوكيات الرنانة مع Q-العوامل والتحولات تردد كبيرة عالية جدا، وهو ما يثبت جدوى من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي بوساطة النزوح الحالية. يتم وصف عملية تصنيع مفصلة أدناه في قسم البروتوكول، وبروتوكول الفيديو يمكن أن تساعد الممارسين لفهم عملية التصنيع وتجنب الأخطاء الشائعة المرتبطة تلفيق من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي.

<table><tbody><tr><td>Silicon Wafer</td><td>Siltronic AG</td><td>N/A</td><td>100 mm diameter, N-type, one-side polish, resitivity: 560-840 &amp;Omega;&amp;bull;cm</td></tr><tr><td>Chromium</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMCR35J</td><td>99.95% pure</td></tr><tr><td>Copper</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMCU40QXQJ</td><td>99.99% pure</td></tr><tr><td>E-Beam Evaporator System</td><td>Rocky Mountain Vacuum Tech.</td><td>N/A</td><td>RME-2000</td></tr><tr><td>S1813 Positive Photoresist</td><td>Microposit</td><td>10018348</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Spinner</td><td>Best Tools</td><td>S0114031123</td><td>SMART COATER 100</td></tr><tr><td>Mask Aligner</td><td>Midas</td><td>MDA-400LJ</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Digital Hot Plate</td><td>Thermo Scientific</td><td>HP131725</td><td>Super-Nuvoa series, maximum temperature: 370 &amp;deg;C</td></tr><tr><td>MF319 Developer</td><td>Microposit</td><td>10018042</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Fisher Chemical</td><td>A18P-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Isopropyl Alcohol</td><td>Fisher Chemical</td><td>A416-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Gold 25 ES RTU</td><td>Technic Inc.</td><td>391427</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Source Meter</td><td>Keithley</td><td>N/A</td><td>2612 System SourceMeter</td></tr><tr><td>Microscope</td><td>Omax</td><td>NJF-120A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Profilometer</td><td>Tencor Instruments</td><td>N/A</td><td>Alpha-Step 200</td></tr><tr><td>APS Copper Etchant 100</td><td>Transfene Company, Inc.</td><td>N/A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>CE-5 M Chromium Mask Etchant</td><td>Transfene Company, Inc.</td><td>N/A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Atomic Layer Deposition System</td><td>Cambridge Nano Tech inc.</td><td>N/A</td><td>Savannah series</td></tr><tr><td>Ion Mill Etching System</td><td>Intlvac Thin Film</td><td>N/A</td><td>Nanoquest series</td></tr><tr><td>Ultrasonic Cleaner</td><td>Crest Ultrasonics</td><td>N/A</td><td>Powersonic series</td></tr><tr><td>Hydrofluoric Acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244279</td><td>Diluted to 5%</td></tr><tr><td>Field Emission Gun Scanning Electron Microscope</td><td>Jeol Ltd.</td><td>N/A</td><td>JEOL 6700 series</td></tr></tbody></table>

fabrication of nanopillar-based split ring resonators for displacement current mediated resonances in terahertz metamaterials

تيراهيرتز (THZ) انقسام عصابة مرنان (SRR) يتعلق بما وارء (MMS) وقد درس للغاز، والكيميائية، وتطبيقات الاستشعار البيولوجية الجزيئية للا يتأثر SRR حسب الخصائص البيئية مثل درجة الحرارة والضغط المحيطة مرنان. الإشعاع الكهرومغناطيسي في الترددات THz للهو حيويا، وهو حالة حرجة خاصة لتطبيق الاستشعار الجزيئية البيولوجية. ومع ذلك، فإن عامل الجودة (Q-عامل) والاستجابات تردد من الأغشية الرقيقة التقليدية القائمة مرنان انقسام حلقة (SRR) رسائل الوسائط المتعددة منخفضة جدا، مما يحد من الحساسيات والانتقائية أجهزة الاستشعار. في هذا العمل، والرواية الطبيون SRR القائم على عمود نانوي، وذلك باستخدام النزوح الحالية، تهدف إلى تعزيز Q-عامل يصل إلى 450، وهو أعلى بحوالي 45 مرة من أن من الرسائل المتعددة الوسائط التقليدية القائمة الأغشية الرقيقة. بالإضافة إلى تعزيز Q-عامل، رسائل الوسائط المتعددة القائمة على عمود نانوي لحث على التحولات تردد أكبر (17 مرات مقابل التحول التي حصلت عليها التقليدآل الطبيون على أساس الأغشية الرقيقة). بسبب تعزز إلى حد كبير Q-العوامل والتحولات تردد فضلا عن خاصية الإشعاع حيويا، وTHz للSRR القائم على عمود نانوي هم الطبيون مثالية لتطوير أجهزة الاستشعار البيولوجية الجزيئية مع حساسية عالية والانتقائية دون إحداث ضرر أو تشويه لالحيوية. وقد تجلى عملية تلفيق جديدة لبناء الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي لالطبيون THz للالنزوح الحالية التي تتوسط فيها. وتستخدم (الاتحاد الافريقي) عملية الطلاء الكهربائي من خطوتين الذهب وعملية الذري طبقة ترسب (محددة المدة) لإنشاء الثغرات 10 الفرعي نانومتر واسعة النطاق بين عمود نانوي الاتحاد الافريقي. منذ عملية محددة المدة هي عملية طلاء امتثالي، أكسيد الألومنيوم موحد (آل 2 يا 3) طبقة بسماكة نانومتر النطاق يمكن تحقيقه. بواسطة الكهربائي بالتتابع رقيقة الاتحاد الافريقي آخر لملء الفراغات بين آل 2 يا 3 والاتحاد الافريقي، ومعبأة قريبة الاتحاد الافريقي آل 2 يا 3 -Au هيكل مع نانو النطاق آل 2 يا 3 ثغرات يمكن أن يكونملفقة. حجم النانو ثغرات يمكن تعريف بشكل جيد عن طريق التحكم بدقة دورات ترسب عملية محددة المدة، التي لديها دقة 0.1 نانومتر.

<html> تظهر مخططات تصنيع كل خطوة (الشكل 2A-خ). وقد تم جمع الصور الضوئية (الشكل 2Y-ميلان) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وصور (الشكل 2ad-AG) للالممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي في خطوات تصنيع مختلفة. الرسوم المتحركة (ا?...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials at JoVE.com

Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

ويرد بروتوكول لتصميم وتصنيع القائم على عمود نانوي رواية انقسام عصابة مرنان (SRR).

تصنيع حزام تقسيم دوائر الرنين عمود نانوي القائم على النزوح الحالي الرنين وساطة في تيراهيرتز يتعلق بما وارء

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR ...

fabrication-nanopillar-based-split-ring-resonators-for-displacement

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Unit 1

Electromagnetic Induction

SCIENTISTS IN ACTION

7.7K Views.  University of Minnesota.  ويرد بروتوكول لتصميم وتصنيع القائم على عمود نانوي رواية انقسام عصابة مرنان (SRR). 

Video: Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the quality factor (Q) of the cavity, can be in excess of 500ns for cavities with Q factors above 100 million. As a result of their low material losses, silica microcavities have demonstrated some of the longest photon lifetimes to date1-2. Since a portion of the circulating light extends outside the resonator, these devices can also be used to probe the surroundings. This interaction has enabled numerous experiments in biology, such as single molecule biodetection and antibody-antigen kinetics, as well as discoveries in other fields, such as development of ultra-low-threshold microlasers, characterization of thin films, and cavity quantum electrodynamics studies.3-7
The two primary silica resonant cavity geometries are the microsphere and the microtoroid. Both devices rely on a carbon dioxide laser reflow step to achieve their ultra-high-Q factors (Q&gt;100 million).1-2,8-9 However, there are several notable differences between the two structures. Silica microspheres are free-standing, supported by a single optical fiber, whereas silica microtoroids can be fabricated on a silicon wafer in large arrays using a combination of lithography and etching steps. These differences influence which device is optimal for a given experiment.
Here, we present detailed fabrication protocols for both types of resonant cavities. While the fabrication of microsphere resonant cavities is fairly straightforward, the fabrication of microtoroid resonant cavities requires additional specialized equipment and facilities (cleanroom). Therefore, this additional requirement may also influence which device is selected for a given experiment.
Introduction
An optical resonator efficiently confines light at specific wavelengths, known as the resonant wavelengths of the device. 1-2 The common figure of merit for these optical resonators is the quality factor or Q. This term describes the photon lifetime (&tau;o) within the resonator, which is directly related to the resonator's optical losses. Therefore, an optical resonator with a high Q factor has low optical losses, long photon lifetimes, and very low photon decay rates (1/&tau;o). As a result of the long photon lifetimes, it is possible to build-up extremely large circulating optical field intensities in these devices. This very unique property has allowed these devices to be used as laser sources and integrated biosensors.10
A unique sub-class of resonators is the whispering gallery mode optical microcavity. In these devices, the light is confined in circular orbits at the periphery. Therefore, the field is not completely confined within the device, but evanesces into the environment. Whispering gallery mode optical cavities have demonstrated some of the highest quality factors of any optical resonant cavity to date.9,11 Therefore, these devices are used throughout science and engineering, including in fundamental physics studies and in telecommunications as well as in biodetection experiments. 3-7,12
Optical microcavities can be fabricated from a wide range of materials and in a wide variety of geometries. A few examples include silica and silicon microtoroids, silicon, silicon nitride, and silica microdisks, micropillars, and silica and polymer microrings.13-17 The range in quality factor (Q) varies as dramatically as the geometry. Although both geometry and high Q are important considerations in any field, in many applications, there is far greater leverage in boosting device performance through Q enhancement. Among the numerous options detailed previously, the silica microsphere and the silica microtoroid resonator have achieved some of the highest Q factors to date.1,9 Additionally, as a result of the extremely low optical loss of silica from the visible through the near-IR, both microspheres and microtoroids are able to maintain their Q factors over a wide range of testing wavelengths.18 Finally, because silica is inherently biocompatible, it is routinely used in biodetection experiments.
In addition to high material absorption, there are several other potential loss mechanisms, including surface roughness, radiation loss, and contamination loss.2 Through an optimization of the device size, it is possible to eliminate radiation losses, which arise from poor optical field confinement within the device. Similarly, by storing a device in an appropriately clean environment, contamination of the surface can be minimized. Therefore, in addition to material loss, surface scattering is the primary loss mechanism of concern.2,8
In silica devices, surface scattering is minimized by using a laser reflow technique, which melts the silica through surface tension induced reflow. While spherical optical resonators have been studied for many years, it is only with recent advances in fabrication technologies that researchers been able to fabricate high quality silica optical toroidal microresonators (Q&gt;100 million) on a silicon substrate, thus paving the way for integration with microfluidics.1
The present series of protocols details how to fabricate both silica microsphere and microtoroid resonant cavities. While silica microsphere resonant cavities are well-established, microtoroid resonant cavities were only recently invented.1 As many of the fundamental methods used to fabricate the microsphere are also used in the more complex microtoroid fabrication procedure, by including both in a single protocol it will enable researchers to more easily trouble-shoot their experiments.

We describe the use of a carbon dioxide laser reflow technique to fabricate silica resonant cavities, including free-standing microspheres and on-chip microtoroids. The reflow method removes surface imperfections, allowing long photon lifetimes within both devices. The resulting devices have ultra high quality factors, enabling applications ranging from telecommunications to biodetection.

تلفيق من السيليكا عالية جدا Microresonators عامل الجودة

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the ...

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe their electromagnetic properties to the structure of their constituents, instead of the atoms that compose them. For example, sub-wavelength metal wires can be arranged to possess an effective electric permittivity that is either positive or negative at a given frequency, in contrast to the metals themselves 2. This unprecedented control over the behaviour of light can potentially lead to a number of novel devices, such as invisibility cloaks 3, negative refractive index materials 4, and lenses that resolve objects below the diffraction limit 5. However, metamaterials operating at optical, mid-infrared and terahertz frequencies are conventionally made using nano- and micro-fabrication techniques that are expensive and produce samples that are at most a few centimetres in size 6-7. Here we present a fabrication method to produce hundreds of meters of metal wire metamaterials in fiber form, which exhibit a terahertz plasmonic response 8. We combine the stack-and-draw technique used to produce microstructured polymer optical fiber 9 with the Taylor-wire process 10, using indium wires inside polymethylmethacrylate (PMMA) tubes. PMMA is chosen because it is an easy to handle, drawable dielectric with suitable optical properties in the terahertz region; indium because it has a melting temperature of 156.6 &deg;C which is appropriate for codrawing with PMMA. We include an indium wire of 1 mm diameter and 99.99% purity in a PMMA tube with 1 mm inner diameter (ID) and 12 mm outside diameter (OD) which is sealed at one end. The tube is evacuated and drawn down to an outer diameter of 1.2 mm. The resulting fiber is then cut into smaller pieces, and stacked into a larger PMMA tube. This stack is sealed at one end and fed into a furnace while being rapidly drawn, reducing the diameter of the structure by a factor of 10, and increasing the length by a factor of 100. Such fibers possess features on the micro- and nano- scale, are inherently flexible, mass-producible, and can be woven to exhibit electromagnetic properties that are not found in nature. They represent a promising platform for a number of novel devices from terahertz to optical frequencies, such as invisible fibers, woven negative refractive index cloths, and super-resolving lenses.

Metamaterials at terahertz frequencies offer unique opportunities, but are challenging to fabricate in bulk. We adapt the fabrication procedure for microstructured polymer optical fibers to inexpensively fabricate metamaterials potentially on an industrial scale. We produce polymethylmethacrylate fibers containing ~10 &mu;m diameter indium wires separated by ~100 &mu;m, which exhibit a terahertz plasmonic response.

افتعال يتعلق بما وارء باستخدام أسلوب الرسم الألياف

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic samples with a wide range of possible sensor designs such as interferometers and resonators 1,2. Most of the existing RI sensing applications focus on biological materials in aqueous solutions in visible and IR frequencies, such as DNA hybridization and genome sequencing. At terahertz frequencies, applications include quality control, monitoring of industrial processes and sensing and detection applications involving nonpolar materials.
Several potential designs for refractive index sensors in the terahertz regime exist, including photonic crystal waveguides 3, asymmetric split-ring resonators 4, and photonic band gap structures integrated into parallel-plate waveguides 5. Many of these designs are based on optical resonators such as rings or cavities. The resonant frequencies of these structures are dependent on the refractive index of the material in or around the resonator. By monitoring the shifts in resonant frequency the refractive index of a sample can be accurately measured and this in turn can be used to identify a material, monitor contamination or dilution, etc.
The sensor design we use here is based on a simple parallel-plate waveguide 6,7. A rectangular groove machined into one face acts as a resonant cavity (Figures 1 and 2). When terahertz radiation is coupled into the waveguide and propagates in the lowest-order transverse-electric (TE1) mode, the result is a single strong resonant feature with a tunable resonant frequency that is dependent on the geometry of the groove 6,8. This groove can be filled with nonpolar liquid microfluidic samples which cause a shift in the observed resonant frequency that depends on the amount of liquid in the groove and its refractive index 9.
Our technique has an advantage over other terahertz techniques in its simplicity, both in fabrication and implementation, since the procedure can be accomplished with standard laboratory equipment without the need for a clean room or any special fabrication or experimental techniques. It can also be easily expanded to multichannel operation by the incorporation of multiple grooves 10. In this video we will describe our complete experimental procedure, from the design of the sensor to the data analysis and determination of the sample refractive index.

The procedure for implementing a refractive index sensor for terahertz frequencies based on a grooved parallel-plate waveguide geometry is described here. The method yields a measurement of the refractive index of a small volume of liquid through monitoring of the shift in the resonant frequency of the waveguide structure

تيراهيرتز الاستشعار ميكروفلويديك باستخدام الاستشعار الدليل الموجي الموازي لوحة

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic ...

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Metamaterials (MM), artificial materials engineered to have properties that may not be found in nature, have been widely explored since the first theoretical1 and experimental demonstration2 of their unique properties. MMs can provide a highly controllable electromagnetic response, and to date have been demonstrated in every technologically relevant spectral range including the optical3, near IR4, mid IR5 , THz6 , mm-wave7 , microwave8 and radio9 bands. Applications include perfect lenses10, sensors11, telecommunications12, invisibility cloaks13 and filters14,15. We have recently developed single band16, dual band17 and broadband18 THz metamaterial absorber devices capable of greater than 80% absorption at the resonance peak. The concept of a MM absorber is especially important at THz frequencies where it is difficult to find strong frequency selective THz absorbers19. In our MM absorber the THz radiation is absorbed in a thickness of ~ &lambda;/20, overcoming the thickness limitation of traditional quarter wavelength absorbers. MM absorbers naturally lend themselves to THz detection applications, such as thermal sensors, and if integrated with suitable THz sources (e.g. QCLs), could lead to compact, highly sensitive, low cost, real time THz imaging systems.

This protocol outlines the simulation, fabrication and characterization of THz metamaterial absorbers. Such absorbers, when coupled with an appropriate sensor, have applications in THz imaging and spectroscopy.

المحاكاة، تصنيع وتوصيف امتصاص Metamaterial THz

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various areas of technology and applied science, such as aerospace and communication engineering, sensing, metrology, nonlinear photonics, and quantum optics. In this article, we present the principal techniques used in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators. First detailed in this article is the protocol for resonator polishing, which is based on a grind-and-polish technique close to the ones used to polish optical components such as lenses or telescope mirrors. Then, a white light interferometric profilometer measures surface roughness, which is a key parameter to characterize the quality of the polishing. In order to launch light in the resonator, a tapered silica fiber with diameter in the micrometer range is used. To reach such small diameters, we adopt the "flame-brushing" technique, using simultaneously computer-controlled motors to pull the fiber apart, and a blowtorch to heat the fiber area to be tapered. The resonator and the tapered fiber are later approached to one another to visualize the resonance signal of the whispering gallery modes using a wavelength-scanning laser. By increasing the optical power in the resonator, nonlinear phenomena are triggered until the formation of a Kerr optical frequency comb is observed with a spectrum made of equidistant spectral lines. These Kerr comb spectra have exceptional characteristics that are suitable for several applications in science and technology. We consider the application related to ultra-stable microwave frequency synthesis and demonstrate the generation of a Kerr comb with GHz intermodal frequency.

The customized techniques developed in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators are presented. The protocols to obtain and characterize these resonators are detailed, and an explanation of some of their applications in microwave photonics is given.

ميكروويف أنظمة الضوئيات بناء على الرنانون توشوش-معرض واسطة

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

تصميم وتصنيع، والتجريبية توصيف Plasmonic بواعث تيراهيرتز موصل كهربائي بفعل الضوء

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing its free spectral range (FSR), the module is put in parallel with a fiber taper-microcavity system and then calibrated through isolating and eliminating random shifts in the laser frequency (i.e. laser jitter noise). To realize the taper-microcavity junction and to maximize the optical power that is transferred to the resonator, a single-mode optical fiber waveguide is pulled. Solutions containing polystyrene nanobeads are then prepared and flown to the microcavity in order to demonstrate the system&#8217;s ability to sense binding to the surface of the microcavity. Data is post-processed via adaptive curve fitting, which allows for high-resolution measurements of the quality factor as well as the plotting of time-dependent parameters, such as resonant wavelength and split frequency shifts. By carefully inspecting steps in the time-domain response and shifting in the frequency-domain response, this instrument can quantify discrete binding events.

A reference interferometer technique, which is designed to remove undesirable laser jitter noise for nanodetection, is utilized for probing an ultra-high quality factor microcavity. Instructions for assembly, setup, and data acquisition are provided, alongside the measurement process for specifying the cavity quality factor.

تنفيذ التداخل المرجعي لNanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological research. Perhaps the most widely used physical force to achieve noninvasive manipulation of small particles has been dielectrophoresis(DEP).1 However, DEP on its own lacks the versatility and precision that are desired when manipulating cells since it is traditionally done with stationary electrodes. Optical tweezers, which utilize a three dimensional electromagnetic field gradient to exert forces on small particles, achieve this desired versatility and precision.2 However, a major drawback of this approach is the high radiation intensity required to achieve the necessary force to trap a particle which can damage biological samples.3 A solution that allows trapping and sorting with lower optical intensities are optoelectronic tweezers (OET) but OET's have limitations with fine manipulation of small particles; being DEP-based technology also puts constraint on the property of the solution.4,5
This video article will describe two methods that decrease the intensity of the radiation needed for optical manipulation of living cells and also describe a method for orientation control. The first method is plasmonic tweezers which use a random gold nanoparticle (AuNP) array as a substrate for the sample as shown in Figure 1. The AuNP array converts the incident photons into localized surface plasmons (LSP) which consist of resonant dipole moments that radiate and generate a patterned radiation field with a large gradient in the cell solution. Initial work on surface plasmon enhanced trapping by Righini et al and our own modeling have shown the fields generated by the plasmonic substrate reduce the initial intensity required by enhancing the gradient field that traps the particle.6,7,8 The plasmonic approach allows for fine orientation control of ellipsoidal particles and cells with low optical intensities because of more efficient optical energy conversion into mechanical energy and a dipole-dependent radiation field. These fields are shown in figure 2 and the low trapping intensities are detailed in figures 4 and 5. The main problems with plasmonic tweezers are that the LSP's generate a considerable amount of heat and the trapping is only two dimensional. This heat generates convective flows and thermophoresis which can be powerful enough to expel submicron particles from the trap.9,10 The second approach that we will describe is utilizing periodic dielectric nanostructures to scatter incident light very efficiently into diffraction modes, as shown in figure 6.11 Ideally, one would make this structure out of a dielectric material to avoid the same heating problems experienced with the plasmonic tweezers but in our approach an aluminum-coated diffraction grating is used as a one-dimensional periodic dielectric nanostructure. Although it is not a semiconductor, it did not experience significant heating and effectively trapped small particles with low trapping intensities, as shown in figure 7. Alignment of particles with the grating substrate conceptually validates the proposition that a 2-D photonic crystal could allow precise rotation of non-spherical micron sized particles.10 The efficiencies of these optical traps are increased due to the enhanced fields produced by the nanostructures described in this paper.

Plasmonic tweezers and photonic crystal nanostructures are shown to produce useful enhancements in the efficiency and orientation control of optically trapping micro- and nano-particles.

الاستفادة من النانو كريستال Plasmonic والضوئية لتعزيز التلاعب الصغرى ، والجسيمات النانوية

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological ...

Bioengineering

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

تصنيع وتوصيف الموصلية الرنين

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using femtosecond laser-induced ablation. We show that thousands of periodic nano-craters are fabricated on an optical nanofiber by irradiating with just a single femtosecond laser pulse. For a typical sample, periodic nano-craters with a period of 350 nm and with diameter gradually varying from 50 - 250 nm over a length of 1 mm are fabricated on a nanofiber with diameter around 450 - 550 nm. A key aspect of such a nanofabrication is that the nanofiber itself acts as a cylindrical lens and focuses the femtosecond laser beam on its shadow surface. Moreover, the single-shot fabrication makes it immune to mechanical instabilities and other fabrication imperfections. Such periodic nano-craters on nanofiber, act as a 1-D PhC and enable strong and broadband reflection while maintaining the high transmission out of the stopband. We also present a method to control the profile of the nano-crater array to fabricate apodized and defect-induced PhC cavities on the nanofiber. The strong confinement of the field, both transverse and longitudinal, in the nanofiber-based PhC cavities and the efficient integration to the fiber networks, may open new possibilities for nanophotonic applications and quantum information science.

We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

تصنيع 1-D الضوئية التجويف البلوري على ألياف نانوية عن طريق الاجتثاث التي يسببها الليزر الفيمتو ثانية

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...