עבודה זו נתמכה על ידי R &amp; ICT תוכנית D של MSIP / IITP (R0190-15-2040, פיתוח מערכת ניהול תצורה תוכן וסימולטור להדפסה 3D באמצעות חומרים חכמים).

זהירות: עיין בכל תקנות בטיחות חומר הרלוונטיות לפני השימוש. כמה כימיקלים המשמשים הרכבת שבבים הם בחריפות רעילים ומסרטנים. אנא להשתמש בכל שיטות הבטיחות המתאימות בעת ביצוע תהליכי photolithography תחריט, כולל השימוש שולט הנדסה (במנדף, פלטה חשמלית, ו aligner) וציוד מגן אישי (משקפי בטיחות, כפפות, חלוק מעבדה, מכנסיים באורך מלא, וסגר נעלי -toe). ייצור 1. של microchannel PDMS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייצור של עובש microchannel ידי תהליך photolithograph <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסרה מלאה חומרים זרים על פני 4 אינץ &#39;סי פרוסה עם ניקוי פיראניה (איור 1 א). מערבבים חומצה גופרתית (H 2 SO 4) ואת מי חמצן (H 2 O 2) ביחס של 3: 1 כדי להפוך את הפתרון פיראניה בצלחת. מערבבים על ידי הוספת כמויות קטנות בהדרגה של חומצה חזקה (H 2 O <sub&gt; 2) אל החומצה החלשה (H 2 SO 4); היפוך סדר זה עלול לגרום לפיצוץ בגלל החומצה החזקה מאוד תגובתי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את פרוסות בפתרון פיראניה עבור 10 דקות. לאחר מכן, לטבול את פרוסות ב deionized (DI) מים 3 דקות כדי להסיר את הפתרון פיראניה הנותרים. יש לשטוף את פרוסות עם מים זורמים DI עבור 10 s. חזור על שטיפת ההליך 3 פעמים ויבשות עם גז N 2 להסיר את נותרי DI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הפרוסות על פלטה חשמלית במשך 20 דקות ב 180 מעלות צלזיוס להמשיך מייבשים את הפרוסות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים 5 מ&quot;ל של photoresist שלילית על גבי מעיל רקיק ספין עבור 45 שניות על 1500 סל&quot;ד (איור 1b); לאחר ציפוי ספין, חרוז photoresist נוצר בקצה רקיק בגלל צמיגות גבוהה יחסית של photoresist. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אזנו את פרוסות מצופה-photoresist ידי planarization על דוכן פילוס עבור 5 h. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הפרוסות מצופות photoresist על פלטה חשמלית במשך 12 דקות ב 65מעלות צלזיוס, 35 דקות ב 95 מעלות צלזיוס, ולאחר 12 דקות ב 65 ° C (אפייה רכה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את מסכת סרט על בעל מסכה ואת הפרוסות רכות-אפוי על במת המצע של aligner. חשוף לקרינה אולטרה סגולית (UV) אור עבור 43 שניות על 650 mJ / ס&quot;מ 2 כדי לחזק את photoresist. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את פרוסות על צלחת חמה עבור 5 דקות ב 65 מעלות צלזיוס, 15 דקות ב 95 מעלות צלזיוס, ולאחר 5 דקות ב 65 מעלות צלזיוס (אפייה לאחר חשיפה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את הפרוסות ב יזם photoresist עבור 30 דקות כדי להסיר photoresist unsolidified. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את פרוסות עם אלכוהול איזופרופיל (IPA) ויבש עם גז N 2 להסיר את הנותרים IPA. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייצור של microchannel PDMS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנקו את פני השטח של פרוסות סיליקון התבנית photoresist עבור 1 דקות בהספק של 200 וואט באמצעות מכונת פלזמה אטמוספרי 25; תזרים הגז של CH 4 ו הוא צריך להיות SCCM 6 ו 30, בהתאמה. בצעו טיפול הידרופובי זה בקלות לנתק את polydimethylsiloxane (PDMS) microchannel מפני השטח של עובש רקיק photoresist (איור 1 ג &#39;). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון PDMS ידי ערבוב בסיס PDMS ואת סוכן ריפוי ביחס של 10: 1. מערבבים את התערובת במשך 2 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את פרוסות בתוך צלחת פטרי (150 מ&quot;מ x 15 מ&quot;מ) ולהוסיף 100 מ&quot;ל של הפתרון PDMS. הסר את הבועות שנוצרו מן הערבוב באמצעות ייבוש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את צלחת פטרי בתנור 2 שעות ב 80 ° C כדי לחזק את הפתרון PDMS (איור 1D ו- H). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים לאורך קווי המתאר של microchannel PDMS עם סכין גילוח, ותנתק אותה רקיק; microchannel PDMS המפוברק צריך את הממדים הבאים: 13 מ&quot;מ אורך, 300 מיקרומטר רחב, ו 150 מיקרומטר גבוה (איורי 1E, F, ואני). הערה: ישנם שני סוגים של חורים מיוצרים על ידי micropuncture להכניס סיבים במצב יחיד (SMF) כבל ואת הצינורות (מפרצוןnd לשקע) על microchannel PDMS (1G איור). כבל SMF משמש לפלוט את קרן הלייזר אל nanohole הסתובבו על צלחת זהב. הצינור משמש להוספה / לחלץ פתרון החלקיקים מ / אל microchannel PDMS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנקב כניסת 1.5 מ&quot;מ וחורים לשקע בכל קצה של microchannel PDMS. לנקב חור כבל SMF 0.3 מ&quot;מ במרכז של microchannel PDMS. </li></ol></li></ol> תהליך האיכול 2. פלייט הזהב <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן צלחת זהב זמינה מסחרי עם הממדים של 25 x 6.25 מ&quot;מ 2 (איור 2 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סור חומרים זרים על צלחת הזהב לנהלי הניקוי הבא. נקי לפי הסדר הבא ידי טבילת אצטון, מתנול, ומי DI עבור דק &#39;5 כל אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את צלחת זהב 3 פעמים עם מים DI עבור 10 s ולייבש את הצלחת עם גז N 2 להסיר את המים DI הנותרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את צלחת זהב על פלטה חשמלית עבור20 דקות ב 180 מעלות צלזיוס כדי להסיר כל לחות שנותרה לגמרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים 0.5 מ&quot;ל של hexamethyldisilazane (HMDS) על צלחת זהב מעיל ספין עבור 40 שניות על 3000 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים 0.5 מ&quot;ל של photoresist חיובי על גבי HMDS מצופים ספין מעיל ספין עבור 40 שניות על 3000 סל&quot;ד (איור 2b). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את צלחת מצופה זהב photoresist על הפלטה החשמלית במשך 90 שניות על 110 מעלות צלזיוס (אפייה רכה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את מסכת סרט על פרוסות סיליקון זכוכית במקום צלחת הזהב הרכה-אפוי על במת המצע. לחשוף לאור UV למשך 4.5 שניות על 64 mJ / ס&quot;מ 2 כדי לפזר את photoresist. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את הצלחת זהב מפתח photoresist עבור 1 דקות להסיר את photoresist המומס (איור 2 ג). יש לשטוף את צלחת זהב עם מי DI ויבש עם גז N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את הצלחת זהב etchant Au עבור 45 s בקצב תחריט של 28 A / S להסיר את Au חשוף (איור 2). יש לשטוף את צלחת זהב עם שתיית DIr ויבש עם גז N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את הצלחת זהב etchant Ti עבור 5 ימים בקצב תחריט של 25 A / S להסיר את Ti החשוף (איור 2E). יש לשטוף את צלחת זהב עם מי DI ויבש עם גז N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את photoresist הנותר על צלחת זהב על ידי טבילה אותו אצטון, מתנול, ומי DI עבור 3 דקות כל אחד (איור 2F); לטבול את הצלחת לפי הסדר בכתב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את צלחת זהב 3 פעמים עם מי DI עבור 10 s. ניקוי עם גז N 2 להסיר את מי DI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את צלחת זהב על צלחת חמה עבור 3 דקות ב 120 מעלות צלזיוס כדי להסיר את הלחות לחלוטין; גוש זהב המיוצר צריך להיות 400 x 150 מיקרומטר 2 (2H איור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טחנת nanohole 400 ננומטר באמצעות אלומת יונים ממוקדת (FIB) במרכז גוש הזהב כי היה מפוברק לאחר התחריט (2G הדמוי ואני). צור תבנית המעגל 370 ננומטר להתמקד BL זהבOck עם יון מאיץ מתח של 30 קילו ב 28 PA עבור 3 s. </li></ol> 3. האסיפה של Microchip <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנקו את שני משטחים של microchannel PDMS ואת צלחת זהב עבור 1 דק &#39;עם פלזמה O 2 לצרף אותם יחד עם מערכת פלזמה בהספק של 80 וואט בלחץ של 825 mTorr 25. הערה: זהו בעיקר קשה לצרף אותם עם דיוק בגלל גוש זהב microchannel PDMS נמצאים במפלס מיקרומטר. לפיכך, להשתמש aligner עם מצלמת שלב ידני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את פרוסות זכוכית המשמשת לצרף את מסכת סרט לבעל המסכה של (איור 3 א) aligner. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את microchannel PDMS O 2 שטופלו -plasma למשטח הזכוכית; מכיוון PDMS הוא הידרופילי, זה יצרף זכוכית פרוסות בקלות וללא פתרון הדבקה. תקן את צלחת זהב על במת המצע של (איור 3 א) aligner. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אתר המרכזי של הגוש חור וזהב כבל e SMF, אשר מיושרים על אותו ציר, באמצעות המצלמה על aligner. הרם את הבמה באופן הידנית כדי לשלב בין שני החלקים (3B הדמוי ו- C). </li></ol> .4 שיפור של חספוס פני השטח Microchip סייד ידי PDMS ציפוי הערה: צלחת הזהב עם ממדים קבועים של 400 x 150 מיקרומטר 2 היא יחסית יותר קשה לגזור מאשר חומר PDMS. לכן, כדי לנתק את microchannel PDMS רקיק, סכין גילוח משמש לחתוך חתיכה גדולה יותר מאשר צלחת זהב. לאחר שילוב שני חלקים, החלקים העודפים של יחסי PDMS לצלחת הזהב לאחר מכן יש לחתוך כך את החלק הפנימי של הערוץ ניתן לצפות מהצד באמצעות מיקרוסקופ (איור 4 א). עם זאת, על פני שטח החתך, אשר ממשמש כחלון, יש חספוס משטח גבוה וכתוצאה מכך מפיק תמונות מעוננות של החלקיקים שזורמים באפיק (איור4b). ציפוי עם פתרון PDMS מבוצע שוב כדי לפתור בעיה זו. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את הפתרון PDMS ידי ערבוב הבסיס PDMS וריפוי סוכן בכל 10: יחס 1 ומערבבים במשך 2 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים 2 מ&quot;ל של הפתרון PDMS לתוך צלחת פטרי ולבצע את ציפוי ספין עבור 30 שניות על 1000 סל&quot;ד (איור 4C). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את משטח השבבים כי היא הולכת להיות ממוקמת על מיקרוסקופ על צלחת פטרי (4D איור). מניחים את צלחת פטרי בתנור 1 שעות ב 80 ° C כדי לחזק את הפתרון PDMS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים את הגבול של שבב אלקטרוני ו PDMS באמצעות סכין גילוח, ובהמשך לנתק אותו מצלחת פטרי (איורים 4E, F). </li></ol> 5. לייזר צימוד הכנס את כבל SMF אל Microchip הערה: מערכת פינצטה plasmonic, ליזר אירוע סיב אופטי עם אורך גל 1064 ננומטר משמש. כבל SMF משמש משום בקוטר של inciלייזר שקע (5 מ&quot;מ) הוא עצום מדי לפלוט את קרן הלייזר לעבר nanohole הסתובבו בשכונה זהב (400 x 150 מיקרומטר 2) ב שבב אלקטרוני. קוטר החיפוי של כבל SMF הוא 125 מיקרומטר. לפיכך, לייזר האירוע וכבל SMF חייבים לשלב. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר עדשה אובייקטיבי 40X אל המטרה מיקרוסקופ הר על מצמד SMF. תקן את כבל SMF על מהדק סיבים של מצמד SMF. יישר את קרן ליזר האירוע למלא את הצמצם האחורי של העדשה האובייקטיבית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למקד את קרן הלייזר אל ליבה של כבל SMF ידי התאמת הבמה ידנית שלוש ציר מצויד על מצמד SMF. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את הקצה השני של כבל SMF לתוך חור כבל SMF של השבב האלקטרוני. מדוד את כוח הליזר לפני ההכנסה בקצה כבל הסיב, כי כבל סיב הקבוע בבית השבב האלקטרוני אינו יכול להיות מנותק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאטום את חור כבל SMF באמצעות דבק אפוקסי כדי לחסום את דליפת פתרון החלקיק זורם מן הפער בין תא SMFle חור (300 מיקרומטר) ואת החיפוי של כבל SMF (125 מיקרומטר); בסופו של כבל סיב מוכנס אסור להיכנס microchannel להימנע זרימת הנוזל. ידני ליישר את כבל הסיב באמצעות משוב חזותי כך שיהיה ניצב גוש הזהב שמארח את nanohole. </li></ol> 6. Plasmonic לכידה של יחיד חלקיקי פוליסטירן פלורסנט ב Microchip <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את המזרק, אשר מתמלא פתרון החלקיקים, עד micropump מזרק. מניחים את הזכוכית המכסה על הבמה מדגם של מיקרוסקופ פלואורסצנטי. חבר צינורות אל חורי כניסה / היציאה של השבב האלקטרוני. מניח את משטח השבב מצופה PDMS על גבי הזכוכית המכסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את השבב האלקטרוני orthogonally אל העדשה האובייקטיבית הטבילה במי 60X ידי התבוננות פנימה של הערוץ עם המצלמה מותקנת על מיקרוסקופ פלואורסצנטי. השתמש קלטת שקופה כדי לתקן את השבב אלקטרוני במקום. חברו את צינור היניקה של שבב אלקטרוני עם המזרק needle. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כנס פתרון החלקיקים אל השבב האלקטרוני על ידי שליטה על micropump ב 20 מיקרומטר / s. ברגע זה, לאשר כי החלקיקים פלורסנט ניתן לראות היטב את הערוץ כאשר מנורת פלורסנט מופעלת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתן עד פתרון החלקיקים יוצא המשקע של השבב האלקטרוני. קבע את מהירות 3.4 מיקרומטר / s. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המכשיר לייזר מקור כך שהוא פולט את הלייזר לתוך nanohole; החלקיק פלורסנט יילכד על שפת nanohole. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבש את מהירות הנוזל במרווחים של 0.4 מיקרומטר / s על ידי שליטה על micropump עד בריחות החלקיקים הלכודים. מדדו את מהירות הנוזל כאשר להימלט החלקיקים הלכודים. השג את כוח הלכידה המקסימאלי עבור כל עוצמת ליזר באמצעות מהירות נוזל נמדדת זה. </li></ol>

<ol>
	<li>Crane, N. B., Onen, O., Carballo, J., Ni, Q., Guldiken, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluidic+assembly+at+the+microscale:+progress+and+prospects.">Fluidic assembly at the microscale: progress and prospects.</a> Microfluid. Nanofluid. 14 (3), 383-419 (2013).</li><li>Yao, B., Luo, G. A., Feng, X., Wang, W., Chen, L. X., Wang, Y. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic+device+based+on+gravity+and+electric+force+driving+for+flow+cytometry+and+fluorescence+activated+cell+sorting.">A microfluidic device based on gravity and electric force driving for flow cytometry and fluorescence activated cell sorting.</a> Lab Chip. 4 (6), 603-607 (2004).</li><li>Zhang, 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=On-chip+manipulation+of+continuous+picoliter-volume+superparamagnetic+droplets+using+a+magnetic+force.">On-chip manipulation of continuous picoliter-volume superparamagnetic droplets using a magnetic force.</a> Lab Chip. 9 (20), 2992-2999 (2009).</li><li>Park, I. Y., Sung, S. Y., Lee, J. H., Lee, Y. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manufacturing+micro-scale+structures+by+an+optical+tweezers+system+controlled+by+five+finger+tips.">Manufacturing micro-scale structures by an optical tweezers system controlled by five finger tips.</a> J. Micromech. Microeng. 17, N82-N89 (2007).</li><li>Kim, J. D., Hwang, S. U., Lee, Y. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Traceable+assembly+of+microparts+using+optical+tweezers.">Traceable assembly of microparts using optical tweezers.</a> J. Micromech. Microeng. 22, 105003 (2012).</li><li>Kim, J. D., Lee, Y. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+and+actuation+of+a+microscopic+gear+assembly+formed+using+optical+tweezers.">Construction and actuation of a microscopic gear assembly formed using optical tweezers.</a> J. Micromech. Microeng. 23, 065010 (2013).</li><li>Kim, J. D., Choi, J. H., Lee, Y. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+measurement+of+the+maximal+forces+in+plasmonic+tweezers.">A measurement of the maximal forces in plasmonic tweezers.</a> Nanotechnology. 26 (42), 425203 (2015).</li><li>Kim, J. D., Lee, Y. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+of+a+single+DNA+molecule+using+nanoplasmonic+structures+for+biosensor+applications.">Trapping of a single DNA molecule using nanoplasmonic structures for biosensor applications.</a> Biomed. Opt. Express. 5 (8), 2471-2480 (2014).</li><li>Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+tweezers+-+the+strength+of+surface+plasmons.">Plasmonic tweezers - the strength of surface plasmons.</a> MRS Bull. 37 (8), 739-744 (2012).</li><li>Juan, M. L., Gordon, R., Pang, Y., Eftekhari, F., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-induced+back-action+optical+trapping+of+dielectric+nanoparticles.">Self-induced back-action optical trapping of dielectric nanoparticles.</a> Nat. Phys. 5, 915-919 (2009).</li><li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping+of+12+nm+dielectric+spheres+using+double-nanoholes+in+a+gold+film.">Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film.</a> Nano Lett. 11 (9), 3763-3767 (2011).</li><li>Tanaka, Y., Kaneda, S., Sasaki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+potential+of+optical+trapping+using+a+plasmonic+nanoblock+pair.">Nanostructured potential of optical trapping using a plasmonic nanoblock pair.</a> Nano Lett. 13 (5), 2146-2150 (2013).</li><li>Kang, J. H., 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=Low-power+nano-optical+vortex+trapping+via+plasmonic+diabolo+nanoantennas.">Low-power nano-optical vortex trapping via plasmonic diabolo nanoantennas.</a> Nat. Commun. 2, 582 (2011).</li><li>Roxworthy, B. J., 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=Application+of+plasmonic+bowtie+nanoantenna+arrays+for+optical+trapping,+stacking,+and+sorting.">Application of plasmonic bowtie nanoantenna arrays for optical trapping, stacking, and sorting.</a> Nano Lett. 12 (2), 796-801 (2012).</li><li>Shoji, T., Tsuboi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+optical+tweezers+toward+molecular+manipulation:+tailoring+plasmonic+nanostructure,+light+source,+and+resonant+trapping.">Plasmonic optical tweezers toward molecular manipulation: tailoring plasmonic nanostructure, light source, and resonant trapping.</a> J. Phys. Chem. Lett. 5 (17), 2957-2967 (2014).</li><li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping+of+a+single+protein.">Optical trapping of a single protein.</a> Nano Lett. 12 (1), 402-406 (2012).</li><li>Tsuboi, Y., 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=Optical+trapping+of+quantum+dots+based+on+gap-mode-excitation+of+localized+surface+plasmon.">Optical trapping of quantum dots based on gap-mode-excitation of localized surface plasmon.</a> J. Phys. Chem. Lett. 1, 2327-2333 (2010).</li><li>Shoji, 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=Permanent+fixing+or+reversible+trapping+and+release+of+DNA+micropatterns+on+a+gold+nanostructure+using+continuous-wave+or+femtosecond-pulsed+near-infrared+laser+light.">Permanent fixing or reversible trapping and release of DNA micropatterns on a gold nanostructure using continuous-wave or femtosecond-pulsed near-infrared laser light.</a> J. Am. Chem. Soc. 135 (17), 6643-6648 (2013).</li><li>Grigrenko, A. N., Roberts, N. W., Dickson, M. R., Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanometric+optical+tweezers+based+on+nanostructured+substrates.">Nanometric optical tweezers based on nanostructured substrates.</a> Nat. Photonics. 2, 365-370 (2008).</li><li>Righini, M., 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=Nano-optical+trapping+of+rayleigh+particles+and+escherichia+coli+bacteria+with+resonant+optical+antennas.">Nano-optical trapping of rayleigh particles and escherichia coli bacteria with resonant optical antennas.</a> Nano Lett. 9 (10), 3387-3391 (2009).</li><li>Chen, K. Y., Lee, A. T., Hung, C. C., Huang, J. S., Yang, Y. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+and+trapping+in+two-dimensional+nanoscale+plasmonic+optical+lattice.">Transport and trapping in two-dimensional nanoscale plasmonic optical lattice.</a> Nano Lett. 13 (9), 4118-4122 (2013).</li><li>Berthelot, J., 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=Three-dimensional+manipulation+with+scanning+near-field+optical+nanotweezers.">Three-dimensional manipulation with scanning near-field optical nanotweezers.</a> Nat. Nanotechnol. 9 (4), 295-299 (2014).</li><li>Chen, 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=Enhanced+optical+trapping+and+arrangement+of+nano-objects+in+a+plasmonic+nanocavity.">Enhanced optical trapping and arrangement of nano-objects in a plasmonic nanocavity.</a> Nano Lett. 12 (1), 125-132 (2011).</li><li>Wang, K., Schonbrun, E., Steinvurzel, P., Crozier, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+and+rotating+nanoparticles+using+a+plasmonic+nano-tweezer+with+an+integrated+heat+sink.">Trapping and rotating nanoparticles using a plasmonic nano-tweezer with an integrated heat sink.</a> Nat. Commun. 2, 469 (2011).</li><li>Byun, D., Cho, S. J., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+a+flexible+penetrating+microelectrode+array+for+use+on+curved+surfaces+of+neural+tissues.">Fabrication of a flexible penetrating microelectrode array for use on curved surfaces of neural tissues.</a> J. Micromech. Microeng. 23, 125010 (2013).</li></ol>

החוקרים אין לחשוף.

כבל SMF הוכנס לתוך חור כבל SMF על השבב האלקטרוני, כפי שמוצגת נקודה מלבני של איור 6 א. בגלל חור כבל SMF הוא גדול יותר מאשר קוטר הכבל, דבק אפוקסי שמש לאטום את הפער לחסום את דליפת פתרון החלקיק זורם. לפני היישום של דבק אפוקסי, גוש זהב קצה הכבל צריך להיות מתואם coaxially ביד בא...

היכולת לטפל באובייקטים microscale היא תכונה הכרחית עבור ניסויים מיקרו / ננו רבים. מניפולציות במגע ישיר יכול לגרום נזק חפצים מניפולציות. שחרור האובייקטים שנערכו בעבר הוא גם מאתגר בגלל בעיות stiction. כדי להתגבר על בעיות אלה, מספר שיטות עקיפות באמצעות נוזליים 1, 2 חשמליים, מגנטיים 3, או כוחות פוטוניים 4, 5, 6, 7, 8 הוצעו. פינצטה Plasmonic המשתמשות כוחות פוטוניים מבוססת על הפיזיקה של ציווי כמה שיפור שדה יוצא דופן גדולה יותר עוצמת האירוע 9. שיפור שדה חזק מאוד זה מאפשר לכידה של חלקיקים קטנים מאוד. לדוגמה, הוכח שזה לשתק ולטפל ננומטרייםחפצים, כגון חלקיקי פוליסטירן 7, 10, 11, 12, 13, 14, שרשראות הפולימר 15, חלבונים 16, נקודות קוונטיות 17, ומולקולות DNA 8, 18. בלי פינצטה plasmonic, קשה חלקיקים מלכודת כי הם נעלמים מהר לפני שהם נבחנים באופן יעיל או בגלל שהם פגומים בשל האינטנסיביות הגבוהה של לייזר. מחקרי plasmonic רבים השתמשו מבני זהב ננומטריים שונים. אנחנו יכולים לסווג את מבני זהב כמו בולטות סוגי nanodisk 12, 13, 14, 15, 19 <sעד&gt;, 20, 21 או מודחק סוגי nanohole 7, 8, 10, 11, 22, 23. מבחינת נוחות הדמיה, סוגי nanodisk מתאימים יותר מאשר סוגי nanohole כי, עבור אלה האחרונים, מצעי הזהב יכולים להסתיר את שדה ראיית התצפית. יתר על כן, השמנת plasmonic מתרחשת ליד מבנה plasmonic ועושה תצפית אפילו יותר מאתגר. למיטב ידיעתנו, לכידת plasmonic על סוגי nanohole אומתה רק באמצעות אותות פיזור עקיפים. עם זאת, אין תצפיות ישירות מוצלחות, כגון תמונות מיקרוסקופיות, דווחו. מחקרים מעטים תיארו את עמדת החלקיקים הלכודים. תוצאה כזו הוצגה על ידי וואנג ואח &#39;. הם יצרו עמוד זהב על מצע זהב וצפה pתנועה במאמר באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי 24. עם זאת, זהו רק יעילים עבור ניטור תנועות לרוחב לא בכיוון המקביל לציר הקורה. במאמר זה, אנו מציגים הליכי תכנון הרכבת שבבים נוזליים חדשים. באמצעות השבב הזה, אנחנו מדגימים את ניטור של חלקיקים לכודים plasmonically, הן בכיוונים מקבילים מאונך ו ל ננו-מבנה plasmonic. יתר על כן, אנו מודדים את הכח המרבי של החלקיק משותק על ידי הגדלת מהירות הנוזל כדי למצוא את המהירות מפנה את השבב האלקטרוני. מחקר זה הוא ייחודי מאחר ורוב המחקרים על פינצטה plasmonic לא יכול להראות את כוחות הלכידה המקסימאליים כמותית בשימוש setups ניסיוני שלהם.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Negative photoresist&#160;</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>SU-8 2075</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Developer</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>SU-8 Developer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Positive photoresist&#160;</td>
			<td>Merck Ltd.</td>
			<td>AZ GXR-601</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ Photoresist Developers</td>
			<td>Merck Ltd.</td>
			<td>AZ 300 MIF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HMDS</td>
			<td>Merck Ltd.</td>
			<td>AZ Adhesion Promoter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aligner</td>
			<td>Midas System</td>
			<td>MDA 400M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atmospheric plasma machine&#160;</td>
			<td>Atmospheric Process 
			Plasma Co.</td>
			<td>IDP-1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>Sylgard 184 A/B</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold coated test slides</td>
			<td>EMF Co.</td>
			<td>TA124(Ti/Au)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Au etchant&#160;</td>
			<td>Transene Inc.</td>
			<td>TFA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ti etchant&#160;</td>
			<td>Transene Inc.</td>
			<td>TFT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40X objective lens&#160;</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>40X DIN</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60X water immersion 
			objective lens&#160;</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>LUMPLFLN 60XW</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical fiber incident laser&#160;</td>
			<td>IPG Photonic</td>
			<td>YLR 10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMF coupler</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>MBT612D/M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe micropump</td>
			<td>Harvard</td>
			<td>PC2 70-4501</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescent microscope&#160;</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX-51</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma system</td>
			<td>Femto Science Inc</td>
			<td>CUTE-MPR</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

plasmonic trapping and release of nanoparticles in a monitoring environment

פינצטה Plasmonic להשתמש פולריטון plasmon השטח כדי להגביל עצמים ננומטריים polarizable. בין העיצובים השונים של פינצטה plasmonic, רק מעטים יכולים לצפות בחלקיקים נייחים. יתר על כן, מספר מצומצם של מחקרים בניסוי מדד את כוחות exertable על החלקיקים. העיצובים ניתן לסווג כסוג nanodisk הבולט או סוג nanohole המודחק. לעניין האחרון זה, תצפית מיקרוסקופית היא מאוד מאתגרת. במאמר זה, מערכת פינצטה plasmonic חדשה הציגה לפקח חלקיקים, הוא בכיוונים מקבילים מאונכים לצייר הסימטרי של מבנה nanohole plasmonic. תכונה זו מאפשרת לנו לבחון את התנועה של כל חלקיקים ליד שפת nanohole. יתר על כן, אנחנו יכולים להעריך את כוחות הלכידה המקסימאליים כמותית באמצעות ערוץ נוזלי חדש.

תהליך הייצור של צלחת זהב microchannel ו nanohole PDMS מוצג דמויות 1 ו 2. השיטה לשלב את שני חלקים והשבב בפועל מוצג באיור 3. את PDMS נחתך לחשוף את החלק הפנימי של הערוץ מהצד של השבב האלקטרוני. עם זאת, קשה היה לצפות חלקיקים הזורמים באפיק בגלל המ...

Watch this Scientific Journal Video about Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment at JoVE.com

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

תהליך ייצור השבבים כי משלבת פינצטה plasmonic מוצג כאן. השבב מאפשר הדמיה של חלקיק לכודים למדוד כוחות לכידה מירבית.

השמנת Plasmonic ושחרור של חלקיקים בסביבת ניטור

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

plasmonic-trapping-release-nanoparticles-monitoring

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

7.5K Views.  Korea Basic Science Institute (KBSI).  תהליך ייצור השבבים כי משלבת פינצטה plasmonic מוצג כאן. השבב מאפשר הדמיה של חלקיק לכודים למדוד כוחות לכידה מירבית. 

Video: Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

סיליקון polycrystalline תאים סולאריים סרט דק עם plasmonic משופרת אור השמנה

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Optical Trapping of Nanoparticles

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping and manipulating small biological particles. Ashkin and co-workers first demonstrated optical tweezers using a single focused beam1. The single beam trap can be described accurately using the perturbative gradient force formulation in the case of small Rayleigh regime particles1. In the perturbative regime, the optical power required for trapping a particle scales as the inverse fourth power of the particle size. High optical powers can damage dielectric particles and cause heating. For instance, trapped latex spheres of 109 nm in diameter were destroyed by a 15 mW beam in 25 sec1, which has serious implications for biological matter2,3.
A self-induced back-action (SIBA) optical trapping was proposed to trap 50 nm polystyrene spheres in the non-perturbative regime4. In a non-perturbative regime, even a small particle with little permittivity contrast to the background can influence significantly the ambient electromagnetic field and induce a large optical force. As a particle enters an illuminated aperture, light transmission increases dramatically because of dielectric loading. If the particle attempts to leave the aperture, decreased transmission causes a change in momentum outwards from the hole and, by Newton's Third Law, results in a force on the particle inwards into the hole, trapping the particle. The light transmission can be monitored; hence, the trap can become a sensor. The SIBA trapping technique can be further improved by using a double-nanohole structure.
The double-nanohole structure has been shown to give a strong local field enhancement5,6. Between the two sharp tips of the double-nanohole, a small particle can cause a large change in optical transmission, thereby inducing a large optical force. As a result, smaller nanoparticles can be trapped, such as 12 nm silicate spheres7 and 3.4 nm hydrodynamic radius bovine serum albumin proteins8. In this work, the experimental configuration used for nanoparticle trapping is outlined. First, we detail the assembly of the trapping setup which is based on a Thorlabs Optical Tweezer Kit. Next, we explain the nanofabrication procedure of the double-nanohole in a metal film, the fabrication of the microfluidic chamber and the sample preparation. Finally, we detail the data acquisition procedure and provide typical results for trapping 20 nm polystyrene nanospheres.

The following setup approach details low power optical trapping of dielectric nanoparticles using a double-nanohole in metal film.

לכידה אופטית של חלקיקים

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular organelles 2,3, as well as for high spatial and temporal resolution readout of their position relative to the center of the trap. The system described herein has one such "traditional" trap operating at 980 nm. It additionally provides a second optical trapping system that uses a commercially available holographic package to simultaneously create and manipulate complex trapping patterns in the field of view of the microscope 4,5 at a wavelength of 1,064 nm. The combination of the two systems allows for the manipulation of multiple refractive objects at the same time while simultaneously conducting high speed and high resolution measurements of motion and force production at nanometer and piconewton scale.

The system described herein employs a traditional optical trap as well as an independent holographic optical trapping line, capable of creating and manipulating multiple traps. This allows for the creation of complex geometric arrangements of refractive particles while also permitting simultaneous high-speed, high-resolution measurements of the activity of biological enzymes.

בנייה של מיקרוסקופ ברזולוציה גבוה עם יכולות קונבנציונליות והשמנה אופטיות הולוגרפי

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

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.

עיצוב, ייצור, וניסויית אפיון של פולטי Terahertz פוטו Plasmonic

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

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A single gold nanoparticle held by an optical tweezer is used as a sensor to quantify the rhythmic motion of a Nauplius larva (Artemia salina) in a water sample. This is achieved by monitoring the time dependent displacement of the trapped nanoparticle as a consequence of the Nauplius activity. A Fourier analysis of the nanoparticle&#39;s position then yields a frequency spectrum that is characteristic to the motion of the observed species. This experiment demonstrates the capability of this method to measure and characterize the activity of small aquatic larvae without the requirement to observe them directly and to gain information about the position of the larvae with respect to the trapped particle. Overall, this approach could give an insight on the vitality of certain species found in an aquatic ecosystem and could expand the range of conventional methods for analyzing water samples.

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We use optical tracking of plasmonic nanoparticles to probe and characterize the frequency movements of aquatic organisms.

ניתוח התנועה של Nauplius &#39;<em&gt; סלינה הארטמיה</em&gt; &quot;על ידי מנגנון עקיבה האופטי של Plasmonic חלקיקים

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

Dispersive אנרגיה טומוגרפיית רנטגן עבור מיפוי 3D היסודות של חלקיקים בודדים

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

מדידת פיזור אי-לינאריות מNanoparticle Plasmonic יחיד

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to neutral gold Au(0) by reducing agents, such as sodium citrate or sodium borohydride. The extension of this method to decorate iron oxide or similar nanoparticles with gold nanoparticles to create multifunctional hybrid Fe2O3-Au nanoparticles is straightforward. This approach yields fairly good control over Au nanoparticle dimensions and loading onto Fe2O3. Additionally, the Au metal size, shape, and loading can easily be tuned by changing experimental parameters (e.g., reactant concentrations, reducing agents, surfactants, etc.). An advantage of this procedure is that the reaction can be done in air or water, and, in principle, is amenable to scaling up. The use of such optically tunable Fe2O3-Au nanoparticles for hyperthermia studies is an attractive option as it capitalizes on plasmonic heating of gold nanoparticles tuned to absorb light strongly in the VIS-NIR region. In addition to its plasmonic effects, nanoscale Au provides a unique surface for interesting chemistries and catalysis. The Fe2O3 material provides additional functionality due to its magnetic property. For example, an external magnetic field could be used to collect and recycle the hybrid Fe2O3-Au nanoparticles after a catalytic experiment, or alternatively, the magnetic Fe2O3 can be used for hyperthermia studies through magnetic heat induction. The photothermal experiment described in this report measures bulk temperature change and nanoparticle solution mass loss as functions of time using infrared thermocouples and a balance, respectively. The ease of sample preparation and the use of readily available equipment are distinct advantages of this technique. A caveat is that these photothermal measurements assess the bulk solution temperature and not the surface of the nanoparticle where the heat is transduced and the temperature is likely to be higher.

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

Fe ההיברידי משולב<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; חלקיקי -Au עבור חימום יעיל Plasmonic

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

ייצור טמפרטורה גבוהה של Nanostructured yttria התייצב-Zirconia (YSZ) פיגומים על ידי<em&gt; באתרו</em&gt; Xerogels בניית תבנית פחמן

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

השמנת Plasmonic ושחרור של חלקיקים בסביבת ניטור

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video