Dieses Material beruht auf von einem Start-up-Fonds an der University of Minnesota, Twin Cities unterstützt Arbeit. Teile dieser Arbeit wurden in der Charakterisierung der Einrichtung, University of Minnesota, einem Mitglied der NSF-geförderte Materialforschung Einrichtungen Network (www.mrfn.org) über das MRSEC Programm durchgeführt. Ein Teil dieser Arbeit wurde auch in der Minnesota Nano-Center durchgeführt, die von der NSF durch das NNCI Programm teilweise Unterstützung erhält.

Achtung: Einige der Chemikalien in diesen Synthesen verwendet werden, sind giftig, leicht entzündlich und kann zu Reizungen und schwere Organschäden verursachen, wenn sie berührt oder eingeatmet werden. Bitte tragen Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA) bei der Handhabung. 1. Herstellung der ersten Schicht aus Gold (Au) Nanopillar Arrays (2a-c und 2e-g) <ol><li> Herstellung von Kupfer (Cu) Saatschichten für Au - Galvanik (Abbildung 2a, b und Figur 2e, f) <ol><li> Verwenden , um einen 4 &quot; mit hohem spezifischem Widerstand Silizium (Si) -Wafer. (Widerstand: 560 bis 840 Ω · cm) als Substrat der Si - Wafer vom N-Typ dotiert ist und poliert auf einer Seite (2a, e). </li><li> Schneiden Sie den Si-Wafer in 2 cm × 2,5 cm große Stücke für die spätere Verwendung. </li><li> Ablagern einer 5 nm Chrom (Cr) -Schicht auf dem Si-Probe unter Verwendung eines Elektronenstrahl- (E-Strahl) Verdampfungsverfahren als Haftschicht zwischen dem Si und Cu. </li><li> Ablagern einer 10 nm Cu-Schicht auf der Oberseite der vorhandenen Cr-Schicht unter Verwendung einesE-Strahlverdampfungsverfahren als die Keimschicht für die Galvanisierung Au (2b, f). </li></ol></li><li> Galvanisieren des Au nanopillar Array (Abbildung 2c, g) <ol><li> Strukturieren der nanopillar Array <ol><li> Spin-Coating-Photoresist auf dem in Abschnitt 1.1 bei 2.000 Umdrehungen pro Minute hergestellten Probe für 60 s. </li><li> Backen Sie die Probe auf einer heißen Platte bei 115 ° C für 60 s. </li><li> Expose des Photolacks unter ultraviolettem (UV) -Licht (Leistung von ~ 15 mW / cm 2) mit einem Cr Photomaske , die für 22 s Tausende von nanopillar Muster enthält. </li><li> Entwickeln mit einem Entwickler für 90 s unter Rühren. </li><li> Spülen Sie die Probe mit VE-Wasser (DI) und föhnen die Probe mit einer Luftpistole. </li></ol></li><li> Galvanisieren des Au nanopillar Array <ol><li> Entfernen Sie die obere Abschnitt des Photolacks auf der Probe mit Aceton die Cu-Keimschicht für die Elektrodenverbindung zu belichten. </li><li> Schließen Sie das samB. (Cu-Keimschicht) an den negativen Pol einer Quelle Zähler eine Klemme und einen Draht. In diesem Fall ist die Probe die Anode während der galvanischen Prozess. </li><li> Verbinden ein Stück Platin (Pt) beschichteten Si (gleiche Größe wie die Probe) mit dem positiven Anschluss der Quelle Zählers. Die Pt ist die Kathode während des galvanischen Prozess. </li><li> Versenken sowohl die Pt-Kathode und Anode Cu in der Au-Galvanisierungslösung. Halten Sie die beiden Elektroden, die einander mit einem Abstand von ca. 1 cm gegenüber. </li><li> Schalten Sie die Quelle Meter und liefern eine konstante Spannung von 1,12 V. galvanisieren Au auf der Probe für 8 min (Abscheidungsrate: ~ 100 nm / min). </li><li> Spülen der Probe mit deionisiertem Wasser, gefolgt von Aceton den Photoresist zu entfernen. </li><li> Spülen Sie die Probe mit VE-Wasser wieder und Föhnen mit einer Luftpistole. </li><li> Überprüfen Sie die galvani Au nanopillar Array unter einem Mikroskop. </li><li> Messen Sie die Dicke der Au-Nanosäulen mit einem Profilometer (Die Dicke derAu Nanosäulen ist ~ 800 nm). HINWEIS: Konstantstrom-Set-up kann auch zu galvanisieren Au Nanosäulen verwendet werden. Sowohl bei konstanter Spannung und konstantem Strom-Set-ups, die ideale Strom und Spannung für Au-Galvanik verwendet wird, kann durch Versuch und Irrtum erreicht werden. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Erzeugen von Nano-Lücken zwischen Au Nanosäulen (2d, h) <ol><li> Entfernung von Cr und Cu - Schichten <ol><li> Tauchen Sie die Probe in Cu-Ätzmittel, bis die Cu Farbe verschwindet. </li><li> Spülen Sie die Probe mit VE-Wasser und Föhnen mit einer Luftpistole. </li><li> Überprüfen Sie die Au-Nanosäulen unter einem Mikroskop. </li><li> Tauchen Sie die Probe in Cr-Maske Ätzmittel für 10 s. </li><li> Spülen Sie die Probe mit VE-Wasser und Föhnen mit einer Luftpistole. </li><li> Überprüfen Sie die Au-Nanosäulen unter einem Mikroskop. </li></ol></li><li> Herstellung von nanoskalige Aluminiumoxid (Al 2 O 3) Lücken <ol><li> Erhitzen Sie das ALD-System chamber bis 200 ° C. </li><li> Die Probe wird in der Mitte der Kammer. </li><li> Abpumpen der Kammer auf ein Vakuum und stellen Sie die Zyklenzahl auf 100 (Abscheidungsrate: ~ 1 Å / Zyklus). </li><li> Sequentielles und alternativ Trimethylaluminium (TMA) -Gas mit einer Zeitdauer von 0,015 s und Wasser (H 2 O) Dampf mit einer Zeitdauer von 0,015 s in die Kammer Puls gleichmäßig Al 2 O 3 Schichten auf der Probe abzuscheiden. Der zeitliche Abstand zwischen jedem Impuls beträgt 5 s. Der Kammerdruck während der TMA - Impuls 10 Torr und der Druck während der H 2 O - Dampf Impuls 2 Torr. </li><li> Spül- und Vakuum der Kammer zwischen jedem Zyklus der Abscheidung. Kaution Al 2 O 3 für 100 Zyklen und aus der Kammer der Probe herausnehmen. </li><li> Messen der Dicke der ALD Al 2 O 3 unter Verwendung eines Ellipsometers. </li></ol></li></ol> 3. Herstellung der zweiten Schicht aus einer Au-Dünnschicht (Abbildung 2i-l und Abbildung 2m-p) <ol><li> Herstellung von Cu - Keimschichten für Au - Galvanik (Abbildung 2i, m) <ol><li> Die Probe wird in der Mitte eines E-beam Verdampfer Probenhalter. </li><li> Drehen um die Drehung der Probe in der E-beam Verdampfer ab. </li><li> Ablagern einer 5 nm Cr - Schicht auf der Probe als Haftschicht 2 O 3 und Cu zwischen Al zu wirken. Verwenden Sie eine E-Verdampfungsverfahren ohne Probenrotation. </li><li> Kaution 10 nm Cu auf der Oberseite der vorhandenen Cr-Schicht unter Verwendung eines E-Strahl-Verdampfungsverfahren ohne Probenrotation als Keimschicht für Au-Galvanik. </li></ol></li><li> Galvanisieren des Au - Dünnfilm (Abbildung 2j, n) <ol><li> Verbinden der Probe (Cu-Keimschicht) an den Minuspol der Quelle Zähler eine Klemme und einen Draht. In diesem Fall ist die Probe die Anode während der galvanischen Prozess. </li><li> Verbinden den Pt Kathode mit dem positiven Anschluss der Quelle Zählers. </li><li> Versenken sowohl die Pt-Kathode und Cu anode in der Au Galvanisierlösung. Halten Sie die beiden Elektroden, die einander mit einem Abstand von ca. 1 cm gegenüber. </li><li> Schalten Sie die Quelle Meter und konstante Spannung von 1,35 V und galvanisieren Au auf der Probe für 16 min eingerichtet. </li><li> Spülen Sie die Probe mit VE-Wasser und Föhnen mit einer Luftpistole. </li><li> Überprüfen Sie die galvani Au und die zuvor galvani Au nanopillar Array unter einem Mikroskop. </li><li> Messen Sie die Dicke der Au-Nanosäulen mit einem Profilometer (Dicke der Au-Nanosäulen ist ~ 400 nm). HINWEIS: Ähnlich wie bei der Au-Galvanik in Abschnitt 1.2.2, Konstantstrom-Set-up kann auch zu galvanisieren Au-Dünnfilm verwendet werden. Sowohl bei konstanter Spannung und konstantem Strom-Set-ups, die ideale Strom und Spannung für Au-Galvanik verwendet wird, kann durch Versuch und Irrtum erreicht werden. </li></ol></li><li> Die Entfernung von Cr und Cu - Schichten (Abbildung 2k, o) <ol><li> Tauchen Sie die Probe in Cu-Ätzmittel für 10 s. </li><li> Spülen Sie die Probe mit DI-Wasser eind Föhnen mit einer Luftpistole. </li><li> Überprüfen Sie die Au-Nanosäulen unter einem Mikroskop. </li><li> Tauchen Sie die Probe in Cr-Maske Ätzmittel für 10 s. </li><li> Spülen Sie die Probe mit VE-Wasser und Föhnen mit einer Luftpistole. </li><li> Überprüfen Sie die Au-Nanosäulen unter einem Mikroskop. HINWEIS: Alternativ unterzutauchen die Probe in Au wieder Galvanisierungslösung eine zusätzliche Schicht von Au auf der Oberseite der zweiten elektroplattierten Au-Schicht nach der Entfernung von Cr und Cu (Schritt 3.3) abzuscheiden. Diese zusätzliche Au Schicht erhöht die Gesamtdicke der zweiten Au - Schicht und gewährleistet einen guten Kontakt zwischen der Au - Schicht und der Al 2 O 3 -Schicht (Abbildung 2i, p). </li></ol></li></ol> 4. Definition von C-Form SRR (Abbildung 2Q-s und Abbildung 2u-w) <ol><li> Strukturieren der C-Form SRR (Abbildung 2Q, u) <ol><li> Schleuderbeschichten ein Photoresist auf der Probe bei 2.000 Upm für 60 s. </li><li> Backen Sie die Probe auf Heizplatte von 115 ° C für 60 s. </li><li&gt; Expose Photoresist unter UV-Licht (Leistung von ~ 15 mW / cm 2) mit einem Cr Photomaske für 22 s. </li><li> Entwickeln mit einem Entwickler für 90 s unter Rühren. </li><li> Spülen Sie die Probe mit VE-Wasser und föhnen die Probe mit einer Luftpistole. </li></ol></li><li> C-Formdefinition unter Verwendung von Ionenmühle (Abbildung 2 r, v und Abbildung 2s, w) <ol><li> Bringen Sie die Probe auf einer Ionenmühle Probenhalter mit doppelseitigen Cu leitendes Band. </li><li> Abkühlen der Ionenmühle Kammer bis 6 ° C. </li><li> Ionenstrahlätzen die Probe mit einer Strahlspannung von 300 V und einem Strahlstrom von 125 mA für ~ 30 min. </li><li> Nehmen Sie die Probe aus und prüfen Sie die Au-Nanosäulen außerhalb der C-Form. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 4.2.3 und 4.2.4, wenn Au noch sichtbar außerhalb der C-Form ist. </li><li> Beschallen die Probe in Aceton den Photoresist zu entfernen. </li><li> Spülen Sie die Probe mit VE-Wasser und Föhnen mit einer Luftpistole. </li><li> Überprüfen Sie die Probe unter dem Mikroskop. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 4.2.6 und 4.2.7, wenn Photoresist wird nicht vollständig entfernt. HINWEIS: Alternativ gelten Sauerstoff Resists Erweichung Schritte zu dem Photoresist vor Entfernen des Photolacks. Jedoch ist ein Ultraschallbad die effektivste Methode zur Entfernung Photoresist falls zutreffend. </li></ol></li></ol> 5. Entfernung von Al 2 O 3 für Air Nano-Lücken (Abbildung 2t, x) <ol><li> Unterzutauchen die Probe in 5% Fluorwasserstoff (HF) Lösung für 5 min Al zu entfernen 2 O 3. </li><li> Spülen Sie die Probe mit VE-Wasser und Föhnen mit einer Luftpistole. </li></ol>

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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Diese Herstellungstechnik hat erhebliche Vorteile für nanoskalige Strukturen gegenüber bestehenden Verfahren wie Elektronenstrahllithographie und Selbstorganisation zu schaffen. Erstens nanoskalige Strukturen können über einen großen Bereich (ein ganzer Wafer) unter Verwendung einer Photomaske realisiert werden, die nanopillar Anordnungen verfügt, die mit einem E-Strahl-Lithographieverfahren nicht praktikabel ist. Zweitens verwendet der Herstellungsprozeß eine traditionelle Wafermaßstab Mikroherstellungsverfahren, die sehr viel schneller, einfacher und billiger im Vergleich zu E-Strahl-Lithographie. Drittens können die atomaren Skala Nanolücken leicht mit genau gesteuerten Strukturgrößen durch einen ALD-Prozess erstellt werden. Cr und Cu E-beam Verdampfungen ohne Probenrotation erlauben Cr und Cu-Abscheidung direkt auf das Substrat mit minimierten Seitenwandabscheidung. Dies ist entscheidend für das folgende Au galvanischen Prozess, weil Au nur auf der Cu-Keimschicht elektroplattiert werden, die mit dem Source-Meter angeschlossen ist. Da die Cu-Schichts auf der Au Nanosäulen mit der Cu-Schicht auf dem Substrat getrennt sind, Au nicht auf dem Substrat elektroplattiert werden. Die Qualität und die Dicke der elektroplattierten Au hängen von der Galvanisierung Spannung / Strom und der galvani Zeit. Höhere Spannung / Strom führt zu einer hohen Abscheidungsrate. Allerdings können hohe Spannung / Strom ergeben sich auch in geringer Qualität Au Abscheidung. Galvanisch Au mit geringer Qualität hat eine geringere elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu Standard-Au Material sowie viele Hohlräume in Au, die die Intensität des Verschiebungsstrom reduziert die SRR zirkuliert, was zu einem schwachen Resonanzverhalten und einer geringeren Größe der Resonanzspitzen . Daher ist eine geeignete Spannung / Strom wesentlich hoher Qualität Au Nanosäulen zu erreichen. Elektroplattierzeit und Spannungs- / Strom sollte auch darauf genau um sicherzustellen gesteuert, dass die Dicke der Au-Dünnfilm (die zweite Schicht aus Au) geringer ist als die der Au Nanosäulen (die erste Schicht aus Au). 2 O 3 Schicht sowohl auf dem Si - Substrat und den Seitenwänden der Au Nanosäulen zu erzielen. Die Abscheidungsrate und die Qualität des Al 2 O 3 durch ALD abgeschieden ist abhängig von der Reaktionstemperatur im Inneren der Kammer. Eine Reaktionstemperatur von über 200 ° C empfiehlt sich hochwertige Al 2 O 3 -Schichten zu erzielen. Die Zykluszahl und die Temperatur kann genau Al 2 O 3 -Schicht mit gewünschter Dicke gesteuert werden , zu erhalten. Die Größe der Nanospalte (Figur 3h) ist entscheidend für die hohe Q-Faktoren der nanopillar basierten SRRs erzielen. Eine Steigerung von Nanospaltgröße erhöht den Energiespeicher im Inneren der Nanolücken, die zu einem hohen Q-Faktor führt. Jedoch ist die Größe der Nanolücken nicht ohne Begrenzung gesteigert werden. Wenn Nanospaltgrößen etwa 50 nm übersteigt, fällt der Verschiebungsstrom zwischen Au Nanosäulen dramatisch und ist nicht in der Lage durch die n passierenano-Lücken, um das Verschwinden der Resonanzreaktionen führt. Darüber hinaus ist , wenn die Größe des Al 2 O 3 Nanolücken weniger als 2 nm, die Galvanisierspannung für Au Abscheidung kann Zusammenbruch der dielektrischen Barriere (Al 2 O 3 Nanolücken), was in der Leitung zwischen Au Nanosäulen und die Au-Galvanik-Lösung, die auf der Oberseite der Au Nanosäulen (eine erste Goldschicht) zu einer zweiten Au-Schicht elektroplattiert führt. Diese Begrenzung führt zu der Schwierigkeit , ohne die dielektrische Barriere zwischen Au Nanosäulen ultra-dünnen Al 2 O 3 Lücken zu erzielen. Eine Finite - Elemente - Methode (FEM) verwendet , um die SRRs (Figur 3i und 3k) zu simulieren. Drei Resonanzspitzen in der Transmissionsspektren als dem ersten (1 st) Modus bekannt, der zweite (2.) Modus, und der dritte (3.) -Mode des SRR. Die Transmissionsspektren der nanopillar Basis SRRs mit 10 nm Al <sub&gt; 2 O 3 Spalten und 10 nm Luftspalte wurden mit einem THz - Zeitdomäne - Spektroskopie (Figur 3J und 3L) gemessen. Alle gemessenen Transmissionsspektren der simulierten Daten übereinstimmen, was beweist, dass die hergestellten nanopillar-basierten SRRs die erwartete Design erfüllen. Die Kombination von kontinuierlichen Metalldünnfilme und dielektrische nanoskaligen Zwischenräume sorgen Strukturen für mehr Energiespeicherung im Vergleich zu herkömmlichen filmbasierten SRRs, die in extrem hohen Q-Faktoren von etwa 450 (mehr als 45 Mal höher als der Q-Faktor führt der herkömmlichen Dünnschichtbasis SRRs) und große Frequenzverschiebungen (etwa 17-mal größer ist als die Frequenzverschiebung der Dünnschichtbasis SRRs). Die einzigartige Herstellungstechnik in diesem Video Blatt gezeigt ermöglicht die Herstellung von Tausenden von nanopillar bilden SRRs über eine große Fläche. Da die Bildung von Au Nanosäulen erhöht weitgehend die Oberflächenbereiche der SRRs und die Anzahl der nanoskaligen Lücken between Au Nanosäulen erhöht die Menge des Energiespeichers (elektrische Ladungen), ultra-hohen Q-Faktoren, die zu einer hohen Empfindlichkeit erreicht werden. Zusätzlich können die zu den nanopillar Basis SRRs applizierten Substanzen vorgelegt werden innerhalb der Nanolücken die Permittivität Veränderungen der Nano Lücken beitragen, was zu einer großen Frequenzverschiebungen der nanopillar basierten SRRs, was zu einer hohen Selektivität führt. So sind die nanopillar-basierte SRRs fabriziert mit Au Galvanik und ALD-Techniken sind ideal für hochakuten chemischen und biomolekularen Erfassungseinheiten.

Terahertz (THz) Metamaterialien (MMs) wurden für biomedizinische Sensoren und frequenzagilen Vorrichtungen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 entwickelt. Um die Empfindlichkeit und Frequenzselektivität der THz-MM-Sensoren, eine nanopillar-basierten Split-Ring-Resonator (SRR) zu verbessern wurde mit Verschiebungsstrom im Inneren Gold (Au) nanopillar Arrays erzeugt entwickelt, um THz-Resonanzen mit extrem hohen Qualitätsfaktoren anregen ( Q-Faktoren) (~ 450) (Figur 1) 12. Obwohl nanopillar-basierte SRRs zeigen hohe Q-Faktoren und viel versprechende Mess Fähigkeiten, die Herstellung solcher nanostructures mit hohen Aspektverhältnissen (mehr als 40) und nanoskaligen Spalte (unter 10 nm) über eine große Fläche bleibt eine Herausforderung 13. Die am häufigsten verwendete Technik nanoskalige Strukturen herzustellen , ist der Elektronenstrahllithographie (EBL) 14, 15, 16, 17. Jedoch ist die Auflösung von EBL noch aufgrund der Strahlpunktgröße beschränkt, Elektronenstreuung, die Eigenschaften des Resists und der Entwicklung 18, 19. Darüber hinaus ist es nicht praktisch Nanostrukturen aufgrund einer langsamen Prozesszeit und große Prozesskosten 20 unter Verwendung EBL über eine große Fläche herzustellen. Eine andere Strategie , Nanostrukturen zu erreichen , ist eine Selbstmontage - Technik zu verwenden , 21, 22. Durch selbstorganisierende Metall-Nanowürfel (NCS) in einer Lösung und utilllen die elektrostatische Wechselwirkung und die Assoziation von Polymerliganden zwischen NCs, kann eine gut organisierte eindimensionalen NC - Array mit nanoskaligen Lücken 23 erreicht werden. Die Nanospaltgröße hängt von den Polymerliganden zwischen den NCs und kann durch Anwendung verschiedener Polymermaterialien mit unterschiedlichen Molekulargewichten von 24, 25, 26 gesteuert werden. Selbstorganisation ist eine leistungsstarke Technik zur Erzielung skalierbar und kosteneffizient Nanostrukturen 23. Jedoch ist der Herstellungsprozeß komplizierter im Vergleich zu herkömmlichen Mikro- und Nano-Fertigungsprozesse und die Steuerung von Nanospaltgrößen ist nicht präzise genug für elektronische Geräteanwendungen. i) das Herstellungsverfahren ist einfach anzuwenden und ist kompatibel mit den Konventionen: Um nanopillar-basierte SRRs erfolgreich herzustellen, ein neuartiges Herstellungsverfahren sollten die folgenden Ziele zu erreichen erfunden werdenal Mikro- und Nanoherstellungsverfahren; ii) Herstellung über einen großen Bereich anwendbar ist; iii) Nanospaltgrößen lassen sich leicht und präzise mit einer 0,1 nm Auflösung gesteuert und kann auf 10 nm oder weniger herunterskaliert werden. Ein neues Herstellungsverfahren unter Verwendung der Kombination aus einem galvanischen Prozess demonstriert und eine Atomlagenabscheidung (ALD) Verfahren nanopillar Basis SRRs herzustellen. Da Galvanik ein selbst Füllvorgang mit niedrigen Kosten ist, ist es einfach, Strukturen über eine große Fläche herzustellen. ALD ist eine chemische Dampfabscheidung (CVD) Prozess, der gerade durch die Reaktionszyklus während des Prozesses gesteuert werden kann. Die Auflösung des ALD - Dünnschicht kann 0,1 nm, und der Dünnfilm gleichmäßig mit hoher Qualität beschichtet, die geeignet ist , um nanoskalige Lücken 27, 28 schaffen. Nanopillar Basis SRR Array mit 10 nm Lücken oder weniger erfolgreich auf einer Fläche von 6 mm × 6 mm hergestellt werden. Sowohl simulated und gemessen THz-Transmissionsspektren zeigen Resonanzverhalten mit extrem hohen Q-Faktoren und großen Frequenzverschiebungen, die die Durchführbarkeit der nanopillar-basierten SRRs durch Verschiebungsstrom vermittelt beweist. Die detaillierten Herstellungsverfahren wird unten im Protokoll Abschnitt beschrieben, und das Video-Protokoll kann Praktiker den Herstellungsprozess zu helfen, zu verstehen und häufige Fehler bei der Herstellung von nanopillar-basierten SRRs assoziiert zu vermeiden.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1240">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Silicon Wafer</td>
			<td style="width:295px;">Siltronic AG</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td style="width:437px;">100mm diameter, N-type, one-side polish, resitivity: 560-840 &#937;&#8226;cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Chromium</td>
			<td style="width:295px;">Kurt J. Lesker Company</td>
			<td style="width:199px;">EVMCR35J</td>
			<td>99.95% pure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Copper</td>
			<td style="width:295px;">Kurt J. Lesker Company</td>
			<td style="width:199px;">EVMCU40QXQJ</td>
			<td>99.99% pure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">E-Beam Evaporator System</td>
			<td style="width:295px;">Rocky Mountain Vacuum Tech.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>RME-2000</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">S1813 Positive Photoresist</td>
			<td style="width:295px;">Microposit</td>
			<td style="width:199px;">10018348</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Spinner</td>
			<td style="width:295px;">Best Tools</td>
			<td style="width:199px;">S0114031123</td>
			<td>SMART COATER 100</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Mask Aligner</td>
			<td style="width:295px;">Midas</td>
			<td style="width:199px;">MDA-400LJ</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Digital Hot Plate</td>
			<td style="width:295px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:199px;">HP131725</td>
			<td>Super-Nuvoa series, maximum temperature: 370 degree C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">MF319 Developer</td>
			<td style="width:295px;">Microposit</td>
			<td style="width:199px;">10018042</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Acetone</td>
			<td style="width:295px;">Fisher Chemical</td>
			<td style="width:199px;">A18P-4</td>
			<td style="width:437px;">N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Isopropyl Alcohol</td>
			<td style="width:295px;">Fisher Chemical</td>
			<td style="width:199px;">A416-4</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Gold 25 ES RTU</td>
			<td style="width:295px;">Technic Inc.</td>
			<td style="width:199px;">391427</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Source Meter</td>
			<td style="width:295px;">Keithley</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>2612 System SourceMeter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Microscope</td>
			<td style="width:295px;">Omax</td>
			<td style="width:199px;">NJF-120A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Profilometer</td>
			<td style="width:295px;">Tencor Instruments</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Alpha-Step 200</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">APS Copper Etchant 100</td>
			<td style="width:295px;">Transfene Company, Inc.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">CE-5 M Chromium Mask Etchant</td>
			<td style="width:295px;">Transfene Company, Inc.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Atomic Layer Deposition System</td>
			<td style="width:295px;">Cambridge Nano Tech inc.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Savannah series</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Ion Mill Etching System</td>
			<td style="width:295px;">Intlvac Thin Film</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Nanoquest series</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Ultrasonic Cleaner</td>
			<td style="width:295px;">Crest Ultrasonics</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Powersonic series</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Hydrofluoric Acid</td>
			<td style="width:295px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">244279</td>
			<td>Diluted to 5%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">Field Emission Gun Scanning Electron Microscope</td>
			<td style="width:295px;">Jeol Ltd.</td>
			<td style="width:199px;">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

Terahertz (THz) Split-Ring-Resonator (SRR) Metamaterialien (MMs) wurde für Gas, chemischen und biomolekularen Erfassungsanwendungen untersucht, da die SRR nicht durch Umwelteigenschaften wie die Temperatur und den Druck rund um den Resonator beeinflusst wird. Elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzen ist biokompatibel, was eine kritische Bedingung vor allem für die Anwendung des biomolekularen Erkundung. Allerdings sind der Qualitätsfaktor (Q-Faktor) und Frequenzgang der traditionellen Dünnschicht basierten Split-Ring-Resonator (SRR) MMs sehr gering, was ihre Empfindlichkeiten und Selektivität als Sensoren begrenzt. In dieser Arbeit werden neue nanopillar-basierte SRR MMs, Verschiebungsstrom verwendet wird, sind so konzipiert, den Q-Faktor bis zu 450, die 45 ist um mal höher zu verbessern als bei herkömmlichen Dünnschichtbasis MMs. Zusätzlich zu der Q-Faktor erhöht, die nanopillar basierte MMs einen größeren Frequenzverschiebungen (17-fache im Vergleich zu der von der Tradition erhaltenen Verschiebung veranal Dünnschicht basiert MMs). Aufgrund der deutlich verbesserten Q-Faktoren und Frequenzverschiebungen sowie die Eigenschaft von biokompatiblen Strahlung, die THz nanopillar-basierte SRR sind ideal MMs für die Entwicklung von biomolekularen Sensoren mit hoher Empfindlichkeit und Selektivität ohne Beschädigung oder Verformung zu Biomaterialien zu induzieren. Ein neues Herstellungsverfahren hat sich gezeigt, die nanopillar-basierte SRRs für Verschiebungsstrom vermittelte THz MMs zu bauen. Ein zweistufiger Gold (Au) Elektroplattierverfahren und ein Atomlagenabscheidung (ALD) -Verfahren werden verwendet, sub-10 nm-Skala Lücken zwischen Au Nanosäulen zu erzeugen. Da das ALD - Verfahren ist ein konformes Beschichtungsverfahren, ein gleichmäßiger Aluminiumoxid (Al 2 O 3) -Schicht mit Nanometer-Maßstab Dicke erreicht werden kann. Durch sequentielles eine andere Au - Dünnfilm Galvanik können die Räume zwischen Al 2 O 3 und Au, einer dicht gepackten Au-Al 2 O 3 -Au Struktur mit nanoskaligen Al 2 O 3 Lücken zu füllen seinhergestellt. Die Größe der Nanolücken können auch durch genau die Abscheidungszyklen des ALD-Prozess-Controlling definiert werden, die eine Genauigkeit von 0,1 nm aufweist.

<html> Fabrication Schemata zeigen jeden Schritt (Abbildung 2a-x). Optische Bilder (Abbildung 2j-ac) und Rasterelektronenmikroskop (SEM) Bilder (Bild 2AD-ag) wurden für die nanopillar Basis SRRs bei verschiedenen Herstellungsschritten gesammelt. Animationen (Abbildung 2a-c) zeigen die erste Schicht von galvani Au Nanosäulen und die zweite Schicht der galvani Au - Filme sowie die Nano-Lücken zwischen ihnen geschaffen. Figur 2d zeigt den Querschnitt Schema nanopillar Basis SRRs mit beiden Al 2 O 3 Nano Lücken und Luftnanolücken. REM - Aufnahmen wurden für die nanopillar Basis gesammelt SRR Array und nanoskaligen Lücken zwischen Au Nanosäulen (Abbildung 2AF, 2 Ag, 3e-h). Sowohl simulierten und gemessenen Transmissionsspektren der Proben mit Al 2 O 3 Nano Lücken und Luftnanolücken wurden dargestellt (Abbildung 3i-l). <html> jove_content &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/55289/55289fig1.jpg" /> Abbildung 1: Darstellung der nanopillar-basierten SRRs durch Verschiebungsstrom vermittelt. (A, b) Verschiebungsstrom (I d) induziert zwischen zwei Metallplatten und zwei Nanosäulen durch elektrische Felder E. (C) Schematische Darstellung der nanopillar-basierten SRRs definiert durch Tausende von Au Nanosäulen (H: Höhe des nanopillar, A: gegenüberliegenden Bereich; d: Nanospaltgröße; l: Breite des nanopillar und ε: Dielektrizitätskonstante in den Nanolücken) . (D) Q-Faktor von Dünnschichtbasis SRR und nanopillar Basis SRR. Ein Q-Faktor von etwa 450 mit einem nanopillar basierten SRR mit einem Nanospaltgröße von 10 nm erreicht werden. Die Figur ist mit freundlicher Genehmigung von Advanced Optical Materials 12 angepasst.ig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/55289/55289fig2.jpg" /> Abbildung 2: Fabrication Schemata von nanopillar-basierten SRRs. (A - t) 3D - Animation und Querschnitt Schemata des Herstellungsprozesses von nanopillar-basierten SRRs. (Y - ac) Optische Bilder von nanopillar-basierten SRRs bei verschiedenen Herstellungsschritten. (Ad - ag) REM - Aufnahmen von nanopillar basierten SRRs bei unterschiedlichen Herstellungsschritten sowie eine 5 nm Al 2 O 3 Spalten (ag). Die Figur ist mit freundlicher Genehmigung von Advanced Optical Materials 12 angepasst. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55289/55289fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55289/55289fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Abbildung 3: Charakterisierungen von nanopillar-basierten SRRs. (A - d) Herstellung Schemata von nanopillar-basierten SRRs. (E - h) REM - Aufnahmen von nanopillar-basierten SRRs. (I) Simulated Transmissionsspektren von Al 2 O 3 Nanospalt nanopillar Basis SRRs. (J) gemessenen Transmissionsspektren von Al 2 O 3 Nanospalt nanopillar Basis SRRs. (K) Simuliertes Transmissionsspektren von Luft Nanospalt nanopillar-basierte SRRs. (L) Transmissionsspektren von Luft Nanospalt nanopillar-basierte SRRs gemessen. Die Figur ist mit freundlicher Genehmigung von Advanced Optical Materials 12 angepasst. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55289/55289fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55289/55289fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen. &lt;</a>/ A&gt;

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

Ein Protokoll für die Konstruktion und Herstellung eines neuartigen nanopillar-basierten Split-Ring-Resonator (SRR) dargestellt.

Die Herstellung von Nanopillar-Based Split-Ring-Resonatoren für Verschiebungsstrom Mediated Resonances in Terahertz Metamaterialien

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

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7.7K Aufrufe.  University of Minnesota.  Ein Protokoll für die Konstruktion und Herstellung eines neuartigen nanopillar-basierten Split-Ring-Resonator (SRR) dargestellt. 

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

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.

Herstellung Metamaterialien Mit dem Fiber Drawing Methode

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

Forschung

Ingenieurwesen

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

Terahertz Microfluidic Sensing mit einem Parallel-Platte Waveguide Sensor

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

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.

Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung Plasmonic Photoconductive Terahertz-Emitter

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 ...

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.

Herstellung und Charakterisierung von Superconducting Resonators

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

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

Kolloidales Synthese von Nanopatch Antennen für Anwendungen in Plasmonics und Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres can be thought as a store of energy with a huge variety of applications: compact laser sources, highly sensitive biochemical sensors and nonlinear phenomena. A protocol for the fabrication of both the microspheres and coupling system is given. The couplers described here are tapered fibers. Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS). A proof of the cavity-enhanced phenomenon is given by the lack of correlation among the pump, signal and idler: a resonant mode has to exist in order to obtain the pair of signal and idler. In the case of hyperparametric oscillations (four wave mixing and stimulated anti-stokes Raman scattering), the modes must fulfill the energy and momentum conservation and, last but not least, have a good spatial overlap.

Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS).

Stimulated Stokes und Antistokes Raman Scattering in Mikrosphärische Whispering Gallery-Modus Resona

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

Die Messung der Quantum Interference in einem Silizium-Ring-Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

Herstellung von Polymer-Mikrosphären für optische Resonator- und Laseranwendungen

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

Herstellung von ultra-dünnen Farbfilm mit stark absorbierenden Medien mit schrägen Winkel Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...