מחקר זה נתמך על ידי האוניברסיטה הסינית של הונג קונג דרך את 4053077 מענקים ישיר, 4441179, מהרשות לשיקום האסיר תחרותי שהוקצבה מענקי מחקר, 402812, 14304314, ואת אזור של מצוינות AoE/P-02/12.

1. כיוונון של הפרעה ליתוגרפיה
הערה: הפרעה ליתוגרפיה משמש ליצור מערכים תקופתיים12. הגדרת סכמטית, כפי שמוצג באיור 1, נבנית כדלקמן:
<ol><li>פוקוס על 325 ננומטר לייזר של לייזר כינוייהם HeCd 13 X UV המטרה עדשה, עוברים דרך הקדמוניות 50 μm מבוסס מסנן מרחבי עבור מצב ניקוי.</li>
	<li>מקום שני קשתיות בקוטר 2.5 ס מ 30 ס מ אחד מהשני כדי לסנן האזור המרכזי של האור מתפצלים. לאחר איריס השני, הקוטר קרן שווה ל- 2.5 ס מ, עולה לאט מאוד עם המרחק, אשר < 3 ס"מ 1 מ' במרחק הקשתית השני. ההנחה האור היא כמעט להיות ממוקדת. הערה: הפלט של איריס השני צריך להיות אחיד כאשר נבדק על ידי עיניים בלתי מזוינת.</li>
	<li>לנווט קרן מקבילות כדי מראה interferometer של לויד. ההתקנה של לויד מכיל בעל מדגם מבוסס-פריזמה בניצב מראה מוצבים ס"מ 5.04 אליו. האיורים ישירה ושיקפה יחד יוצרים גל עומד יציב לאורך פני מדגם המתבנת. המנסרה פועל מכשיר antireflection. הערה: תקופת P של גל עומד יכול להיכתב: <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq9.jpg"> </img>, כאשר λ = 325 nm ו α הוא הזווית התקרית ביחס מדגם רגיל, כפי שמוצג באיור1. הזווית האירוע יהיה מכוון על ידי סיבוב ההתקנה של לויד.</li>
</ol>2. הכנת מערך תקופתית
הערה: המדגם מוכן תחת הליך רגיל שהוצעה על ידי היצרן. כל ההליכים מתבצעים בטמפרטורת החדר.
<ol><li>השתמש מצע זכוכית2 1 ס מ. תנקה את הזכוכית עם מתנול, אצטון למשך 10 דקות כל באמבט אולטראסוני ואופים ואז מראש זה על פלטה חמה ב 200 ° C עבור h 1 כדי להסיר לכלוך.</li>
	<li>ספין-המעיל המצע זכוכית עם שכבה עבה אדהזיה 5 nm ו של 100 ננומטר בעובי שלילי SU-8 photoresist עם שני-מהירות ספין-coater.<ol>
<li>לדלל את photoresist SU-8 עם גמא-ביוטרולקטון על יחס של 1:5 (v/v) כך העובי יכול להיות נשלט קרוב 100 ננומטר לאחר ציפוי ספין.</li>
		<li>לוותר על 3-5 טיפות (0.2 מ"ל) של פתרון אדהזיה על המצע זכוכית ו ספין ב 600 סל ד עבור 10 s ו 3600 סל"ד עבור 1 דקות, ברציפות.</li>
		<li>חזור על שלב 2.2.2 עם 5-7 טיפות (0.3 מ ל) של סו מדולל-8 מ שלב 2.2.1 באותה מהירות. הערה: השכבה אדהזיה משפר את הידבקות בין המצע זכוכית את photoresist כך photoresist ואינה מתקלפת במהלך פיתוח. עובי השכבה SU-8 נשלטת על ידי הריכוז ואת המהירות של ספין-coater.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Prebake המדגם על כיריים 65 ° C ו 95 ° C עבור 1 דקות כל אחד. תנורי פה ואינן מומלצות.</li>
	<li>להעביר את הדגימה המנסרה ב interferometer. להוסיף טיפה של התאמת שמן מקדם שבירה (n = 1.45) כדי לצרף את הדגימה על המנסרה. למקם אותו כמה שיותר קרוב המראה ככל האפשר. הערה: המדגם מחובר על פריזמה השטח בשל מתח הפנים של השמן. מקדם שבירה של שמן נבחר להיות זהה המצע פריזמה וזכוכית לחסל את השתקפות בחזרה ההפרעה.</li>
	<li>על סריג מרובע דו מימדי, לחשוף את הדגימה פעמיים עם חשיפה זמנית אבל הכוונה אורתוגונלית; לחשוף את הדגימה, ואז לסובב אותו 90 ° לחשיפה השני. כאשר אור ננומטר 325, חשופים photoresist זה crosslinks, לא יכול להיות מומס על-ידי המפתח SU-8. הערה: הקוטר D של המערך יכול להיות נשלט על ידי התאמת את זמן החשיפה.</li>
	<li>קשה לאפות המדגם-65 ° C ו- 95 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות למנוע הסרט סדיקה.</li>
	<li>לטבול המדגם כולו במפתח למשך 2 דקות עם עצבנות מתמדת כדי להמיס את האזור סמויה.</li>
	<li>לטבול את הדגימה ב אלכוהול איזופרופיל עבור 1 דקות יש לשטוף את שאריות ולאחר מכן לייבש אותו עם אוויר דחוס. מערך nanohole מופק לאחר מכן.</li>
</ol>3. זהב הסרט התצהיר, ציפוי פולט אור
<ol><li>לצרף את הדגימה מדגם האוחז המגנטרון תדר רדיו sputtering התצהיר המערכת עם סרט הדבקה דו-צדדי Au הסרט להפקדה.</li>
	<li>לשאוב את החדר כדי 2 x 10-6 טנדר של גוה של הבסיס לחץ באמצעות משאבה turbomolecular, ואז חזרה למלא אותו עם 6 x 10-3 טנדר של גוה של טוהר גבוהה במיוחד Ar גז.</li>
	<li>השימוש יעד Au 99.9% בקוטר 5 ס מ ומניחים תריס בין המדגם לבין המטרה. השתמש צריכת חשמל נמוכה (50 W) להקטין את קצב התצהיר וכן. החספוס פני השטח. עם צמצם סגור, להתיז מראש את המטרה 10 דקות להסיר לכלוך.</li>
	<li>פתח את התריס כדי לעבד את התצהיר בטמפרטורת החדר במשך 20 דקות. עובי הסרט של 100 ננומטר מועבר באופן שגרתי על מנת להבטיח כי מערכת plasmonic שטיחות עבה עם שום שידור.</li>
	<li>ברגע המדגם יהיה מוכן, ספין-קואט האור פליטת חומרים כגון צבעים אורגניים או קוונטית נקודות על פני השטח מתכת כדי ליצור שכבה דקה של דיאלקטרים.<ol>
<li>בשביל לצבוע styryl 8 בשימוש הפניה9, לפזר 20 µg של µg styryl 8 ו- 500 של פולימר פוליוויניל אלכוהול (PVA) ב 5 מ של מתנול.</li>
		<li>לוותר על 3-5 טיפות (0.2 מ"ל) של צבע פתרון על הדגימה, ספין ב 600 סל ד עבור 10 s ו 3600 סל"ד עבור 1 דקות ברציפות. העובי מוערך 80 ננומטר. הערה: פולימרים מסיסים או לא מסיסים במים יכול לשמש כחומר עגינת בהתאם לסוג החומר פולטות. אולם, הפולימר צריך להיות הלא-emissive כך שזה לא יפריע המידות פוטולומיניסנציה. פולימר פוליוויניל אלכוהול (PVA) מומלצת המסת צבע מסיס במים כגון rhodamine 6 G ו styryl 8.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. השתקפות מדידות לקביעת קצב הניוון SPP
הערה: ההגדרה של קיטוב - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה השתקפות מוצג באיור2. זה מורכב מד זווית עם שלושה שלבים סיבוב לשינוי באופן עצמאי את כיוון מדגם (שלב 1), זיהוי זווית (שלב 2), כמו גם הזווית azimuthal מדגם (שלב 3).
<ol><li>השתמש אור לבן פס רחב של מנורת קוורץ כמקור אור. תחילה כמה זה כדי צרור סיבי כינוייהם, אז collimate זה על-ידי זוג עדשות קוליניאריות המטרה פנים אל פנים (5 X ו- 60 X). יאיר אלומת האור על הדגימה בזוויות שונות האירוע על-ידי שינוי כיוון הדגימה. המקום זוג מקטב התקרית, מנתח זיהוי לפני ואחרי המדגם למדידות תלויי-קיטוב. הערה: מטרות פנים אל פנים לשמש מערכת עדשות collimates ומרחיבה את מקור האור הלבן של סיבים כינוייהם.</li>
	<li>להשתמש בד כינוייהם כדי לאסוף את ראי מדגם, אשר מחובר ספקטרומטר, גלאי CCD עבור ספקטרוסקופיה.</li>
	<li>יישר את הכיוונון בקפידה כדי להבטיח מדגם כיוון הבמה והן זיהוי הסיבוב שלבים הם קונצנטריים, כלומר., צירי הסיבוב שלהם הן קוליניאריות.</li>
	<li>כיילו את ההתקנה עם סרט Au שטוח. למדוד את ספקטרום השתקפות בזוויות שונות התקרית ולהשוות אותם עם ספקטרום השתקפות התיאורטי המחושב על-ידי חוקי פרנל באמצעות פונקציית מבודד Au ידוע. שתי קבוצות של נתונים צריך להיות עקבי עם פחות מ- 5% של שגיאה.</li>
	<li>לאחר ההתקנה יהיה מוכן, למדוד את מקוטב לינארית, p או s, ספקטרה השתקפות של המדגם בזוויות שונות התקרית. שלב גודל הזווית התקרית הוא 0.5° ואת הרזולוציה גל היא 0.66 ננומטר. כדי לאסוף את הספקטרום תחת מספר זוויות התקרית, תכנית נכתבה אוטומציה כולל תנועה מכנית, תריס בקרה, חדרי קירור והקפאה, רקע חיסור, וכו '. הערה: שלב זה מתבצע שהמפתחות. התוכנית הינו זמין על פי בקשה. אנא שלח דואר אלקטרוני אל המחבר המתאים עבור קוד המקור במידת הצורך.</li>
	<li>מתאר להתוות את השתקפות לעומת גל וזווית תקרית כדי לקבל את יחס נפיצה של מערכת plasmonic לקביעת קצב זיהוי ודעיכה מצב. הערה: הזווית azimuthal מדגם זה כדי לאתר את המיקום באזור ברילואן. לדוגמה, עבור דגימה בסריג מרובע, לסובב את הדגימה azimuthally כך באחת התקופות מקבילים עם המטוס התקרית, אפשרות זו מגדירה את כיוון Γ-X. סיבוב המדגם ב- 45 מעלות כדי להגדיר את הכיוון Γ-M.</li>
	<li>אם האירוע מקוטב מוגדר ב- 45 מעלות ביחס המטוס התקרית הוא ב-45 °, למדוד את המיפוי אורתוגונלית, או קרוס-מקוטב, השתקפות.</li>
	<li>תמצית ספקטרום השתקפות מקוטב-p ו אורתוגונלית ובכושר אותם באמצעות CMT9,12,13, כפי שמתואר בדיון לקביעת קצב הניוון של SPPs.</li>
</ol>5. פוטולומיניסנציה מדידות לקביעת היחס כוח פליטה
הערה: ההתקנה פוטולומיניסנציה נפתרה זווית קיטוב מוצג באיור3.
<ol><li>החלף את מקור האור בפס רחב 514 nm ארגון יון או 633 ננומטר לייזר הנה. השתמש במסנן קו לייזר עם רוחב חצי מקסימום (FWHM) ופחות מ- 5 nm כדי לנקות את הלייזר spectrally ומניחים צלחת חצי-גל כדי לשלוט המדינה קיטוב של קרן הלייזר. את מד זווית ויחידת איתור נותרים ללא שינוי. המקום מסנן חריץ לפני יחידת זיהוי כדי להסיר קו לייזר, אשר קובר את הפריה חוץ גופית. הערה: אורך הגל של הלייזר תלוי בסוג של חומרים פולטות. אנרגיה פוטון גבוהה נדרשת כדי לרגש את החומר עם אורך גל קצר יותר של פליטה.</li>
	<li>כדי למדוד את היחס בין הכוח פליטת עבור הציוד (2) & (3), לנהל שני סוגי מדידות: הסריקות לאיתור של האירוע. פעולת הגומלין בין הסריקות תקרית וזיהוי לסייע בקביעת <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> </img>, <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> </img>, <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> </img>, ו <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq13.jpg"> </img>.</li>
	<li>עבור הסריקה התקרית, משתנים ללא הרף את הזווית האירוע אבל לתקן את הזווית זיהוי לגבי המדגם נורמלי. הערה: שלב זה מתבצע שהמפתחות. תצורה זו בררני מרגש את SPPs נכנסות, אשר תלויים, תוך מעקב אחר הווריאציות של הפליטה מתחת הזווית שבחרת זיהוי האירוע זווית. במילים אחרות, הפליטה מגביר כאשר הזווית התקרית ממלא את שלב התואמות משוואה ב הציוד (1).<ol>
<li>מתאר להתוות ספקטרום פוטולומיניסנציה נגד גל ואת הזווית האירוע עבור המיפוי סריקה התקרית. למדוד את המיפויים עבור זיהוי שונים זוויות אבל עוצמות יחסית ניתן למצוא אותו. לכן, הסריקה התקרית רגשים השפעת SPPs נכנסות על הפליטה או פשוט של עירור שיפור, אשר מאפשר לנו למדוד את <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> , <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> </img>.</li>
	</ol>
</li>
	<li>עבור זיהוי הסריקה, לתקן את הזווית האירוע לגבי המדגם נורמלי אבל משתנה הזווית זיהוי. הערה: שלב זה מתבצע שהמפתחות.<ol>
<li>באופן דומה, מתאר להתוות ספקטרום פוטולומיניסנציה עם תשואות זווית גל וזיהוי הזיהוי לסרוק מיפוי. כפי הפליטה SPP נובע המתלים קרינה של SPPs, הפליטה הוא בחריפות זיהוי זווית התלויים. לכן, תחת עירור קבוע, הפליטה עולה. כאשר הזווית זיהוי ממלא הציוד (1). תצורה זו רגשים של שיפור פליטה ומאפשר לנו לקבוע <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> עבור α שוניםth להזמין כל עוד יש לו תלות זווית זיהוי מוגדרים היטב.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Okamoto, 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=Surface-plasmon-enhanced+light+emitters+based+on+InGaN+quantum+wells.">Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells.</a> Nature Materials. 3 (9), 601-605 (2004).</li><li>Akselrod, G. 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=Leveraging+Nanocavity+Harmonics+for+Control+of+Optical+Processes+in+2D+Semiconductors.">Leveraging Nanocavity Harmonics for Control of Optical Processes in 2D Semiconductors.</a> Nano Letters. 15 (5), 3578-3584 (2015).</li><li>Gontijo, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupling+of+InGaN+quantum-well+photoluminescence+to+silver+surface+plasmons.">Coupling of InGaN quantum-well photoluminescence to silver surface plasmons.</a> Physical Review B. 60 (16), 11564 (1999).</li><li>Huang, K. C. 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=Antenna+electrodes+for+controlling+electroluminescence.">Antenna electrodes for controlling electroluminescence.</a> Nature Communications. 3, 1005 (2012).</li><li>Atwater, H. A., Polman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonics+for+improved+photovoltaic+devices.">Plasmonics for improved photovoltaic devices.</a> Nature Materials. 9 (3), 205-213 (2010).</li><li>Anker, J. N., 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=Biosensing+with+plasmonic+nanosensors.">Biosensing with plasmonic nanosensors.</a> Nature Materials. 7 (6), 442-453 (2008).</li><li>Chen, 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=Excitation+enhancement+of+CdSe+quantum+dots+by+single+metal+nanoparticles.">Excitation enhancement of CdSe quantum dots by single metal nanoparticles.</a> Applied Physics Letters. 93 (5), 053106 (2008).</li><li>Birowosuto, M. D., Skipetrov, S. E., Vos, W. L., Mosk, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+Spatial+Fluctuations+of+the+Local+Density+of+States+in+Random+Photonic+Media.">Observation of Spatial Fluctuations of the Local Density of States in Random Photonic Media.</a> Physical Review Letters. 105 (1), 013904 (2010).</li><li>Cao, Z. L., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+coupling+rate+of+light+emitter+to+surface+plasmon+polaritons+supported+on+nanohole+array.">Determination of coupling rate of light emitter to surface plasmon polaritons supported on nanohole array.</a> Applied Physics Letters. 102 (24), 241109 (2013).</li><li>Lin, M., Cao, Z. L., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+excitation+rate+of+quantum+dots+mediated+by+momentum-resolved+Bloch-like+surface+plasmon+polaritons.">Determination of the excitation rate of quantum dots mediated by momentum-resolved Bloch-like surface plasmon polaritons.</a> Optics Express. 25 (6), 6029-6103 (2017).</li><li>Nikolaev, I. S., Lodahl, P., Driel, A. F. V., Koenderink, A. F., Vos, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strongly+nonexponential+time-resolved+fluorescence+of+quantum-dot+ensembles+in+three-dimensional+photonic+crystals.">Strongly nonexponential time-resolved fluorescence of quantum-dot ensembles in three-dimensional photonic crystals.</a> Physical Review B. 75 (11), 115302 (2007).</li><li>Cao, Z. L., Lo, H. Y., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+absorption+and+radiative+decay+rates+of+surface+plasmon+polaritons+from+nanohole+array.">Determination of absorption and radiative decay rates of surface plasmon polaritons from nanohole array.</a> Optics Letters. 37 (24), 5166-5168 (2012).</li><li>Haus, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Waves and Fields in Optoelectronics. , (1984).</li></ol>

המחברים מצהירים כי יש להם אינטרסים כלכליים אין מתחרים.

פרוטוקול זה, ישנם מספר שלבים קריטיים. ראשית, מכני יציבות חיוני בהכנת הדוגמא. גל עומד שנוצרו על-ידי תוכנית ההתקנה של לויד רגיש להבדל לשלב בין שתי הקורות תאורה. לכן, כל רטט בזמן חשיפה לבזות את אחידות וחדות הקצה nanohole. מומלץ לפעול סביבה ללא רטט, למשל, טבלת אופטי עם רטט תומך בידוד. בנוסף, לייזר מתח גבוה רצוי גם כדי למזער את רטט המפחית זמן החשיפה בהתאם. שנית, חריר בשלב 1.1 להיבחר כראוי. גודל החור צריך להיות קטן מספיק כדי לבצע מצב ניקוי בצד אחד עדיין גדול מספיק כדי לשדר מתח מספיק לחשיפה בצד השני. אנו ממליצים הקדמוניות 50 μm ויעד X 13 הלייזר כינוייהם HeCd. שלישית, הוא ציין כי צורת קו Lorentzian השתקפות אורתוגונלית בתוקף רק כאשר הםp≈ rs, איפהp ו- rs הם השתקפות תהודה p - ו s-מקוטב תאורה12. עם זאת, עבור מערך nanohole עם זווית התקרית בעין או כמה metamaterials אנאיזוטרופי, לא יכול להיות מוזנחים ההבדל בין rp rs , מניב השתקפות וכתוצאה מכך <img alt="Equation 23" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq23.jpg"> </img>, מתן עלייה Fano lineshape.
לסיכום, פרוטוקול זה מתאר שיטה כדי לקבוע את עירור צימוד המחירים בין פולטי אור SPPs מ- 2D מערכים תקופתיים מתכתי. שיעור נמדד על ידי זווית, קיטוב-לפתור פוטולומיניסנציה רפלקטיביות ספקטרוסקופיה, שניהם נמצאים תדירות טכניקות קבוצת המחשבים. לעומת טכניקות שגרתיות זמן לפתור, שיטה זו לא רק מבדיל בין התהליכים עירור ודעיכה של SPMF, אשר אינן נחשבות במחקרים שיפור ברוב פלורסצנטיות, אלא גם קובע את שיעורי צימוד של פולטי אור כדי מצבים שונים SPP. טכניקות זמן לפתור רק למדוד את אורך החיים הכולל של פולט אור, אינם יכולים לזהות את התרומה מצבי תהודה שונה, השיטה שלנו בהחלט להוסיף ערך לשדה זה במיוחד כאשר פולטי אור שנקראות ממוקמות במתחם מערכת תהודה. Plasmonic מערכת תקופתית, <img alt="Equation 24" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq24.jpg"> במצב יש כיוון מוגדר היטב דעיכה ואילו פליטה ישירה ההנחה תהיה isotropic. ההבדלים ביניהם בכיוון פליטה להצמיח זיהוי מצב. כמו פליטה כיוונית היא תופעה אוניברסלית בננו, בידול כזה ניתן להרחיב בקלות למערכות תהודה אחרות כמו metamaterials גבישים פוטוניים. אנו צופים טכניקה זו להיות טכנולוגיה המאפשרת לימוד פלורסצנטיות שיפור בין פולטי אור וחללים תהודה.

פלזמון משטח מתווכת קרינה פלואורסצנטית (SPMF) קיבל תשומת לב רבה לאחרונה1,2,3,4,5,6. כאשר פולטי אור ממוקמים בסמיכות למערכת plasmonic, ניתן להעביר אנרגיה בין פולטי פלזמון משטח polaritons (SPPs). באופן כללי, השדות plasmonic חזק חזק יכול לשפר את עירור של פולטי2. במקביל, גדל שיעור פליטת גם בגלל גדול הצפיפות-של-המדינות שנוצרו על-ידי SPPs, מניב את אפקט ידוע פורסל3. תהליכים אלה שני עובדים יד ביד לייצר את SPMF. כפי SPMF יש גירוי יישומים רבים של מצב מוצק תאורה1,4, קצירת5וביו-זיהוי6, אנרגיה זה כעת תחת חקירה אינטנסיבית. בפרט, הידע של קצב העברה אנרגיה של SPPs את הפולטים ולהיפך, קרי, עירור של צימוד המחירים, הוא בעל חשיבות רבה. אולם, תהליכי עירור, פליטה הם בדרך כלל מסובכת יחד, מחקר על היבט זה עדיין לוקה בחסר. לדוגמה, רוב המחקרים רק לקבוע את יחס יעילות עירור, אשר פשוט משווה הפליטה עם ובלי SPPs7. המדד המדויק של הקצב עירור היא עדיין נעדרת. מצד שני, קונבנציונאלי זמן לפתור טכניקות כגון קרינה פלואורסצנטית שלמים ספקטרוסקופיה משמשים באופן שגרתי ללמוד את הדינמיקה של התהליך פליטה, אבל הם לא מסוגלים להפריד את קצב צימוד קצב הריקבון הכולל8. כאן, אנו נתאר כיצד ניתן לקבוע אותם על-ידי שילוב מודל משוואת קצב טמפורלית מצב בשילוב תורת9,10. למרבה הפלא, אנו מוצאים כי את עירור, צימוד המחירים ניתן לבטא כמויות מדידה, אליו ניתן לגשת על-ידי ביצוע פוטולומיניסנציה ספקטרוסקופיה רפלקטיביות זווית - ו קיטוב-נפתרה. אנו קודם חלוקה לרמות ניסוח, ואז לתאר את המכשור בפירוט. גישה זו היא לחלוטין תחום תדר מבוסס, הוא אינו דורש זמן לפתור אביזרים כגון לייזר אולטרה מהיר ומונים בקורלציה זמן פוטון בודד, אשר יקר וקשה לפעמים ליישם8, 11. אנו צופים טכניקה זו להיות טכנולוגיה המאפשרת לקבוע את עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור וחללים תהודה.
SPMF במערכות תקופתי הוא תדרכו כאן. עבור מערכת plasmonic תקופתי שבו בלוך כמו SPPs יכול להיווצר, מלבד עירור ישיר ופליטה, אשר מאופיינים על ידי עירור יעילות η ו Γ קצב פליטה ספונטניתr, הפולטים יכול להיות שמחים על-ידי SPPs נכנסות, ריקבון ויה SPPs יוצאות. במילים אחרות, תחת עירור תהודה, SPPs נכנסות נוצרים כדי ליצור שדות plasmonic חזקה להמריץ את הפולטים. לאחר הפולטים נרגש, יכול להעביר אנרגיה מהם SPPs יוצאות, אשר לאחר מכן radiatively להתפזר רחוק-שדה, והוליד פליטה משופרת. הם מגדירים SPMF. עבור מקרן פשוט שתי רמות, עירור מתייחס למעבר מוגבר של אלקטרונים מהיסוד לארצות הברית נרגש ואילו הפליטה מגדיר את הדעיכה של אלקטרונים בחזרה אל הקרקע מדינות, בליווי פליטת פוטון באורכי גל מוגדר על ידי הפרש האנרגיה בין המדינות נלהב לבין הקרקע. תנאי עירור, פליטה SPMF נדרשים למלא את השלב ידועים התואמות משוואה לגרות את נכנסות ויוצאות SPPs9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq1.jpg">(1)
איפה חדוה חדוהז הם הקבועים דיאלקטרי של דיאלקטרים את, המתכת θ באמצעות φ נמצאים הזוויות התקרית, azimuthal, P הוא התקופה של המערך, λ הוא אורך הגל עירור או פליטה, m ו- n הם מספרים שלמים המציין את סדר SPPs. עבור עירור, wavevector בתוך המטוס של קרן הלייזר תהיה בראג פזורות למשחק תנופה עם SPPs נכנסות, θ באמצעות של φ יחד להגדיר את תצורת התקרית שצוין עבור מרגש את SPPs כדי לשפר את הספיגה אלקטרוניים- עירור גל λלשעבר. כמו כן, עבור הפליטה, SPPs יוצאות יהיה reversely בראג מפוזרים כדי להתאים עם קו אור ולייצג הזוויות עכשיו הערוצים פליטה אפשרי-פליטה גל λem. עם זאת, הוא ציין שכאשר הפולטים יכול הזוג האנרגיה שלהם כדי וקטורי כציוד SPPs עם <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq2.jpg"> בעל גודל זהה <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq3.jpg"> , אבל בכיוונים שונים, SPPs יכול להירקב באמצעות שילוב שונים (m, n) כדי הציוד הבא רחוק-שדה (1).
באמצעות מודל משוואת קצב וטמפורלית מצב בשילוב תורת (CMT), נוכל למצוא זה את עירור קצב Γלשעבר, קרי, קצב ההעברה של אנרגיה מ SPPs כדי פולטי, ניתן לבטא9,12,13
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq4.jpg">(2)
איפה η הקצב עירור ישירה הנ ל, בהעדר SPPs נכנסות, Γtot הוא קצב הדעיכה סך של SPPs נכנסות <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq5.jpg"> Γabs , Γראד הם Ohmic הקליטה ואת הניוון קרינה של SPPs, ו <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq6.jpg"> הוא היחס כוח פוטולומיניסנציה עם ובלי את SPPs נכנסות. מצד שני, צימוד קצב Γc, קרי, קצב ההעברה של האנרגיה של קרינת כדי SPPs, יכולה להיכתב כמו:
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq7.jpg">(3)
איפה Γr הוא קצב פליטה ישירה, <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq8.jpg"> הוא היחס כוח פוטולומיניסנציה בין αתאנון SPP מתווכת דעיכה ויציאות ישירה, Γראדα וγtot נמצאות הניוון קרינה עבור יציאתה α הניוון הכולל. נראה כי בעוד כל SPP הניוון נמדד על ידי השתקפות ספקטרוסקופיה, היחס כוח פליטה יכול להיקבע על ידי ספקטרוסקופיה פוטולומיניסנציה. ניתן למצוא פרטים על ניסוחים הפניה9,10.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:817px;" width="818">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">SU-8</td>
			<td style="width:213px;">MicroChem</td>
			<td style="width:119px;">SU-8 2000.5</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Adhesion solution</td>
			<td style="width:213px;">MicroChem</td>
			<td style="width:119px;">Omnicoat</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:21px;width:319px;">SU-8 Thinner (Gamma-Butyrolactone)</td>
			<td style="width:213px;">MicroChem</td>
			<td style="width:119px;">SU-8 2000 Thinner</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">SU-8 Developer</td>
			<td style="width:213px;">MicroChem</td>
			<td style="width:119px;">SU-8 Developer</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Spin Coater</td>
			<td style="width:213px;">Chemat Technology</td>
			<td style="width:119px;">KW-4A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">HeCd laser</td>
			<td style="width:213px;">KIMMON KOHA CO., LTd</td>
			<td style="width:119px;">IK3552R-G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Shutter</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">SH05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Objective for sample preparation</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">U-13X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Pinhole</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">PNH-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Iris</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">M-DI47.50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Prism</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">PS611</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Rotation stage for sample preparation</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">481-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Supttering Deposition System</td>
			<td style="width:213px;">Homemade</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Rotation Stage 1</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">URM80ACC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Rotation Stage 2</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">RV120PP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Rotation Stage 3</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">SR50PP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Detection arm</td>
			<td style="width:213px;">Homemade</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Quartz lamp</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td align="right" style="width:119px;">66884</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Fiber Bundle</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td align="right" style="width:119px;">77578</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Objective for measurement</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">M-5X &#38; M-60X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Polarizer &#38; Analyzer</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">GT15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Multimode Fiber</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">BFL105LS02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Spectrometer</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">MS260i</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">CCD</td>
			<td style="width:213px;">Andor</td>
			<td style="width:119px;">DV420-OE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">514nm Argon Ion Laser</td>
			<td style="width:213px;">Spectra-Physics</td>
			<td style="width:119px;">177-G01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">633nm HeNe Laser</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">R-32413</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">CdSeTe quantum dot</td>
			<td style="width:213px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">q21061mp</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Polyvinyl alcohol polymer (PVA)</td>
			<td style="width:213px;">SIGMA-ALDRICH</td>
			<td align="right" style="width:119px;">363073</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Control program</td>
			<td style="width:213px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;">LabVIEW</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

determination of the excitation and coupling rates between light emitters and surface plasmon polaritons

פיתחנו שיטה ייחודית למדוד את עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח polaritons (SPPs) הנובעים מערכים תקופתיים מתכתי מבלי לערב טכניקות זמן לפתור. לנו יש שניסח את המחירים על ידי כמויות זה נמדד על ידי מדידות אופטי פשוטה. ומכשור מבוסס על זווית, קיטוב-לפתור רפלקטיביות ספקטרוסקופיה פוטולומיניסנציה יתואר בהרחבה כאן. הגישה שלנו היא מסקרנת בשל פשטותו, אשר דורש אופטיקה שגרתית מספר שלבים מכני, ולכן הוא סביר מאוד לרוב מעבדות מחקר.

דוגמה של מערך תקופתיים Au ניתנת לעיתים את שיבוץ של 4a איור8. תמונת תצוגה SEM המטוס מראה המדגם היא מערך חור עגול 2D סריג מרובע עם תקופה של 510 ננומטר, עומק החור של 280 ננומטר, קוטר החור של 140 ננומטר. המיפוי השתקפות מקוטב-p שצולמו לאורך כיוון Γ-X מוצג באיור 4a. קו מפריד הוא מחושב על ידי השלב התואמות משוואה הציוד (1) המציין (m =-1, n = 0) SPPs מתרגשים.
כאשר מקטב מנתח נקבעים אורתוגונלית ומעמדות, המיפוי השתקפות המתאים מוצג באיור 4b. אנחנו רואים המיפוי הוא כמעט זהה ליניארי מקוטב למיפוי מלבד הרקע כעת הופך אפס ההשתקפות הלא-תהודה הוסר על ידי במנתח. בנוסף, הפרופילים השתקפות משתנים מטבלים אל פסגות רק SPP קרינה השיכוך שרידים לאחר הסרת הרקע.
למעשה, יחס נפיצה הוא כלי טוב ללמוד SPMF. בהנחה הגל עירור לייזר הוא 700 nm, SPPs נכנסות ייווצר בזווית של 19° האירוע, הם יפעילו הפולטים אם הלהקה הקליטה שלהם תואם. מצד שני, פליטה SPP יזוהו בזווית התקרית של 23° אם הפליטה מתרחשת ב- 730 ננומטר. לכן, מגנטיים SPP מאפשרים לנו כדי לרגש את SPPs נכנסות עבור שיפור עירור וכדי לאתר את SPPs יוצאות עבור שיפור פליטה.
. נסובב את המעיל CdSeTe קוונטית נקודות מסומם PVA פולימר על מערך10 איור 5a & 5b להציג את המיפוי השתקפות מקוטב-p ו אורתוגונלית שצולמו לאורך לאורך כיוון Γ-X, מציג (-1.0). איור 5 c & 5 d מראה שהאירוע פוטולומיניסנציה וזיהוי המתאימים לסרוק מיפויים שצולמו זיהוי וזוויות התקרית של 0 ° ו 0 °, בהתאמה. לייזר באורך גל λex היא 633 ננומטר. למעשה, בקנה אחד עם המיפוי השתקפות, אנו רואים כי פליטת חזקה מתרחשת בזווית התקרית של 18.5° איפה השדרים הנכנסים (-1.0) SPPs מתרגשים. מצד שני, מהסריקה זיהוי, דמיון חזק בין פוטולומיניסנציה של רפלקטיביות מוודאת כי פליטת משופרים כאשר SPPs יוצאות מתרגשים.
הקביעה של עירור של ו צימוד המחירים דורש את הניוון SPP יחסי כוח פוטולומיניסנציה10. כדי לקבוע את הניוון-633 ננומטר לאורך כיוון Γ-X, ספקטרום השתקפות מקוטב-p ו אורתוגונלית שחולצו מן דמות 5a & 5b מוצגים באיור 6a. הספקטרום מקוטב-p מציגה פרופיל Fano דמוי ניתן לתיאור <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq14.jpg"> </img>איפהp השתקפות nonresonant, ωSPP הוא האנרגיה של פוטון תהודה, ואילו לכנף אורתוגונלית כדלקמן <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq15.jpg"> </img>, מפגין Lorentzian lineshape12. הם מכן כוללים בצורה הטובה ביותר, הכולל, קרינה הניוון, Γtot וγראד, תהליך 95.08 ו 27.15 (עם h).
מצד שני, היחס כוח פוטולומיניסנציה מתקבל כדלקמן. מהסריקה באירועים באיור 5 c, הפרופיל פליטה-פליטה גל λem = 690 nm, איפה הפליטה ישירה מאתר, מופק ב איור 6b. היחס בין הכוח <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq16.jpg"> </img>, אשר מוגדר הפליטה ישירה עם ובלי את SPPs נכנסות, פשוט הוא העוצמה-18.5 מעלות מחולק על-ידי הרקע השטוח (6.896). <img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq17.jpg"> אז נחוש בדעתו להיות תהליך 574.04.
מצד שני, שיעור צימוד הוא פליטה הגל תלויים. אורך הגל פליטה-690 nm נבחר בתור דוגמה. סה כ, קרינה הניוון, Γtot וγראד, הן תהליך 60.06 ו- 17.12 (עם h), בהתאמה. הפרופיל סריקה לאיתור מופק איור 5 d , המוצגת באיור 6 c. היחס בין הכוח <img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq18.jpg"> מוגדר (-1.0) SPP פליטה מחולק חצי מרחב הפליטה ישיר בהנחה שיש המדגם ללא הילוכים. מאז הגלאי מכסה ΔΩ זווית מרחבית ~ sr2 π3/720, עבור משטח Lambertian, <img alt="Equation 19" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq19.jpg"> </img>, שבה b להלן הרקע ב איור 6 c כמו <img alt="Equation 20" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq20.jpg"> </img>. מצד שני, <img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq21.jpg"> ניתן את הפרופיל שיא מחולק ΔΩ. כתוצאה מכך, <img alt="Equation 22" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq22.jpg"> הוא נמצא כדי להיות 0.805.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56735/56735fig1.jpg"> איור 1 . סכמטי של הפרעה ליתוגרפיה. אור לייזר nm 325 ממוקדת דרך מסנן מרחבי, אז הוא מואר על interferometer מראה של לויד היכן שממוקם המדגם. הטפסים גל עומד על פני מדגם לחשיפה. שיבוץ: שרטוט של התצוגה העליונים ואת הצד של המדגם השלים בפרק 2. <a href="/files/ftp_upload/56735/56735fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56735/56735fig2.jpg"> איור 2 . ספקטרוסקופיה השתקפות קיטוב - ואת זווית-נפתרה. () תרשים של קיטוב - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה השתקפות. שלושה שלבים סיבוב משמשים לבניית את מד זווית. סיבים כינוייהם מצמידים ספקטרומטר ומשמש גלאי CCD לצורך זיהוי. מקור אור לבן פס רחב משמש למדידות השתקפות. (b) אמיתי תמונה של החלק העיקרי (תיבת שחור מקף ב ()) של ספקטרוסקופיה השתקפות קיטוב - ואת זווית-נפתרה. <a href="/files/ftp_upload/56735/56735fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56735/56735fig3.jpg"> איור 3 . שרטוטים של קיטוב - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה פוטולומיניסנציה. 514 או 633 ננומטר לייזר משמש פוטולומיניסנציה. <a href="/files/ftp_upload/56735/56735fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56735/56735fig4.jpg"> איור 4 . השתקפות מיפויים ואת הניוון להסיק. () המיפוי מקוטב-p השתקפות של Au מערך שצולמו לאורך כיוון Γ-X. קו מפריד מחושב באמצעות השלב התואמות משוואה, מציג (-1.0) SPPs מתרגשים באורכי גל שונים. שיבוץ: SEM התמונה נוף המטוס של המערך. מיפוי (b) השתקפות אורתוגונלית התואם מראה כי הרקע הוא nulled השתקפות טובל עכשיו להפוך פסגות. (ג) העלילה של Γtot וγראד כפונקציה של אורך הגל. התוצאות הם לשכפל הפניה9. <a href="/files/ftp_upload/56735/56735fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56735/56735fig5.jpg"> איור 5 . תקרית רפלקטיביות, זיהוי לסרוק מיפויים של מערך מצופה נקודות קוונטיות CdSeTe שצולמו לאורך כיוון Γ-X- () P-מקוטב ולאחר מיפויים השתקפות אורתוגונלית (b) וזיהוי את המקביל פוטולומיניסנציה (ג) אירוע ו- (ד) סרוק מיפויים שצולמו זיהוי האירוע זווית = 0 ° ו 0 °, בהתאמה. לייזר באורך גל λex היא 633 ננומטר. התוצאות הם לשכפל הפניה10. <a href="/files/ftp_upload/56735/56735fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56735/56735fig6.jpg"> איור 6 . תקרית רפלקטיביות נציג הזיהוי לסרוק פרופיל. () השתקפות מקוטב-p ו אורתוגונלית ספקטרה יחד עם ההתקפים הטוב ביותר לקביעת Γtot וγראד -633 ננומטר. פרופילי סריקה (b) זיהוי האירוע ו- (ג) שחולצו (b). התוצאות הם לשכפל הפניה10. <a href="/files/ftp_upload/56735/56735fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons at JoVE.com

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

פרוטוקול זה מתאר את אינסטרומנטציה עבור קביעת את עירור ו צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח דמוי בלוך polaritons הנובעים מערכים תקופתיים.

הנחישות של עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

determination-excitation-coupling-rates-between-light-emitters

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

6.7K Views.  Sun Yat-sen University. פרוטוקול זה מתאר את אינסטרומנטציה עבור קביעת את עירור ו צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח דמוי בלוך polaritons הנובעים מערכים תקופתיים.

Video: Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. From the measured surface, 3D topographic maps can be subsequently analyzed using a variety of software packages to extract the information that is needed.
In this article we describe how white light interferometry, and optical profilometry (OP) in general, combined with generic surface analysis software, can be used for materials science and engineering tasks. In this article, a number of applications of white light interferometry for investigation of surface modifications in mass spectrometry, and wear phenomena in tribology and lubrication are demonstrated. We characterize the products of the interaction of semiconductors and metals with energetic ions (sputtering), and laser irradiation (ablation), as well as ex situ measurements of wear of tribological test specimens.
Specifically, we will discuss:
<ol class="lroman">
	<li>Aspects of traditional ion sputtering-based mass spectrometry such as sputtering rates/yields measurements on Si and Cu and subsequent time-to-depth conversion.</li>
	<li>Results of quantitative characterization of the interaction of femtosecond laser irradiation with a semiconductor surface. These results are important for applications such as ablation mass spectrometry, where the quantities of evaporated material can be studied and controlled via pulse duration and energy per pulse. Thus, by determining the crater geometry one can define depth and lateral resolution versus experimental setup conditions.</li>
	<li>Measurements of surface roughness parameters in two dimensions, and quantitative measurements of the surface wear that occur as a result of friction and wear tests.</li>
</ol>
Some inherent drawbacks, possible artifacts, and uncertainty assessments of the white light interferometry approach will be discussed and explained.

White light microscope interferometry is an optical, noncontact and quick method for measuring the topography of surfaces. It is shown how the method can be applied toward mechanical wear analysis, where wear scars on tribological test samples are analyzed; and in materials science to determine ion beam sputtering or laser ablation volumes and depths.

אפיון של פני שטח על ידי שינויי Interferometry אור הלבן: יישומים ביון יורקת, אבלציה ליזר, וניסויי Tribology

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

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 ...

Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input bias voltage. However, the tradeoff for the improved switching performance is a relatively long settling time to reach each gap height in response to various applied voltages. Transient applied bias waveforms are employed to facilitate reduced switching times for electrostatic fringing-field MEMS actuators with high mechanical quality factors. Removing the underlying substrate of the fringing-field actuator creates the low mechanical damping environment necessary to effectively test the concept. The removal of the underlying substrate also a has substantial improvement on the reliability performance of the device in regards to failure due to stiction. Although DC-dynamic biasing is useful in improving settling time, the required slew rates for typical MEMS devices may place aggressive requirements on the charge pumps for fully-integrated on-chip designs. Additionally, there may be challenges integrating the substrate removal step into the back-end-of-line commercial CMOS processing steps. Experimental validation of fabricated actuators demonstrates an improvement of 50x in switching time when compared to conventional step biasing results. Compared to theoretical calculations, the experimental results are in good agreement.

The robust device design of fringing-field electrostatic MEMS actuators results in inherently low squeeze-film damping conditions and long settling times when performing switching operations using conventional step biasing. Real-time switching time improvement with DC-dynamic waveforms reduces the settling time of fringing-field MEMS actuators when transitioning between up-to-down and down-to-up states.

Real-Time DC-דינמית הטיית שיטה להחלפת זמן שיפור בשולים בשדה קשות Underdamped תנעי MEMS אלקטרוסטטית

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

כימות של ריכוזי מימן שכבות חיצוניות ואת ממשק חומרים בתפזורת באמצעות פרופיל עומק עם ניתוח תגובה גרעיני

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

חקירת Layer פליטה ספקטרליים Boundary במהלך פולשני חומר בדיקה ב Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Measurement of Outgassing Rates of Steels

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of steels meet the criterion of low outgassing required for high or ultrahigh vacuum applications. However, a given material can present different outgassing rates depending on its manufacturing process or the various pretreatment processes involved during the fabrication. Thus, the measurement of outgassing rates is highly desirable for a specific vacuum application. For this reason, the rate-of-pressure rise (RoR) method is often used to measure the outgassing of hydrogen after bakeout. In this article, a detailed description of the design and execution of the experimental protocol involved in the RoR method is provided. The RoR method uses a spinning rotor gauge to minimize errors that stem from outgassing or the pumping action of a vacuum gauge. The outgassing rates of two ordinary steels (stainless steel and mild steel) were measured. The measurements were made before and after the heat pretreatment of the steels. The heat pretreatment of steels was performed to reduce the outgassing. Extremely low rates of outgassing (on the order of 10&#8722;11 Pa m3 sec&#8722;1 m&#8722;2) can be routinely measured using relatively small samples.

A protocol for the measurement of outgassing rates of hydrogen from ordinary steel vacuum chambers using the rate-of-pressure rise method is presented.

מדידת שיעורי Outgassing של פלדות

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.

סינכרוטרון Microdiffraction רנטגן והדמיה זריחה של דגימות הסלע המינרלים

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder ...

Scattering And Absorption of Light in Planetary Regoliths

Theoretical, numerical, and experimental methods are presented for multiple scattering of light in macroscopic discrete random media of densely-packed microscopic particles. The theoretical and numerical methods constitute a framework of Radiative Transfer with Reciprocal Transactions (R2T2). The R2T2 framework entails Monte Carlo order-of-scattering tracing of interactions in the frequency space, assuming that the fundamental scatterers and absorbers are wavelength-scale volume elements composed of large numbers of randomly distributed particles. The discrete random media are fully packed with the volume elements. For spherical and nonspherical particles, the interactions within the volume elements are computed exactly using the Superposition T-Matrix Method (STMM) and the Volume Integral Equation Method (VIEM), respectively. For both particle types, the interactions between different volume elements are computed exactly using the STMM. As the tracing takes place within the discrete random media, incoherent electromagnetic fields are utilized, that is, the coherent field of the volume elements is removed from the interactions. The experimental methods are based on acoustic levitation of the samples for non-contact, non-destructive scattering measurements. The levitation entails full ultrasonic control of the sample position and orientation, that is, six degrees of freedom. The light source is a laser-driven white-light source with a monochromator and polarizer. The detector is a mini-photomultiplier tube on a rotating wheel, equipped with polarizers. The R2T2 is validated using measurements for a mm-scale spherical sample of densely-packed spherical silica particles. After validation, the methods are applied to interpret astronomical observations for asteroid (4) Vesta and comet 67P/Churyumov-Gerasimenko (Figure 1) recently visited by the NASA Dawn mission and the ESA Rosetta mission, respectively.

Numerical and experimental methods are presented for multiple scattering of light in discrete random media of densely-packed particles. The methods are utilized to interpret the observations of asteroid (4) Vesta and comet 67P/Churyumov-Gerasimenko.

פיזור וקליטת האור בריגולסים פלנטרית

Theoretical, numerical, and experimental methods are presented for multiple scattering of light in macroscopic discrete random media of densely-packed ...

Accurate Determination of the Equilibrium Surface Tension Values with Area Perturbation Tests

We demonstrate two robust protocols for determining the equilibrium surface tension (EST) values with area perturbation tests. The EST values should be indirectly determined from the dynamic surface tension (DST) values when surface tension (ST) values are at steady-state and stable against perturbations. The emerging bubble method (EBM) and the spinning bubble method (SBM) were chosen, because, with these methods, it is simple to introduce area perturbations while continuing dynamic tension measurements. Abrupt expansion or compression of an air bubble was used as a source of area perturbation for the EBM. For the SBM, changes in the rotation frequency of the sample solution were used to produce area perturbations. A Triton X-100 aqueous solution of a fixed concentration above its critical micelle concentration (CMC) was used as a model surfactant solution. The determined EST value of the model air/water interface from the EBM was 31.5 &#177; 0.1 mN&#183;m-1 and that from the SBM was 30.8 &#177; 0.2 mN&#183;m-1. The two protocols described in the article provide robust criteria for establishing the EST values.

Two protocols for determining the equilibrium surface tension (EST) values using the emerging bubble method (EBM) and the spinning bubble method (SBM) are presented for a surfactant-containing aqueous phase against air.

קביעת מדויקת של ערכי מתח שיווי משקל עם מבחני שטח

We demonstrate two robust protocols for determining the equilibrium surface tension (EST) values with area perturbation tests. The EST values should be ...

Determination of Aggregate Surface Morphology at the Interfacial Transition Zone (ITZ)

Here, we present a comprehensive method to illustrate the uneven distribution of the interfacial transition zone (ITZ) around the aggregate and the effect of aggregate surface morphology on the formation of ITZ. First, a model concrete sample is prepared with a spherical ceramic particle in roughly the central part of the cement matrix, acting as a coarse aggregate used in common concrete/mortar. After curing until the designed age, the sample is scanned by X-ray computed tomography to determine the relative location of the ceramic particle inside the cement matrix. Three locations of the ITZ are chosen: above the aggregate, on the side of the aggregate, and below the aggregate. After a series of treatments, the samples are scanned with a SEM-BSE detector. The resultant images were further processed using a digital image processing method (DIP) to obtain quantitative characteristics of the ITZ. The surface morphology is characterized at the pixel level based on the digital image. Thereafter, K-means clustering method is used to illustrate the effect of surface roughness on ITZ formation.

Determination of Aggregate Surface Morphology at the Interfacial Transition Zone ITZ

Hereby, we proposed a protocol to illustrate the effect of aggregate surface morphology on the ITZ microstructure. The SEM-BSE image were quantitatively analyzed to obtain ITZ's porosity gradient via digital image processing and a K-means clustering algorithm was further employed to establish a relationship between porosity gradient and surface roughness.

קביעת מורפולוגיה של משטח צבירה באזור המעבר הבינפנים (ITZ)

Here, we present a comprehensive method to illustrate the uneven distribution of the interfacial transition zone (ITZ) around the aggregate and the effect ...