A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
מאמר זה מציג הדרכה ניסויית על פוטו-לומינסנציה שנפתרה בזמן. החומרה המשמשת בהגדרות רבות של ספירת פוטונים בודדים תתואר ותוצג הדרכה בסיסית. זה נועד לעזור לסטודנטים ולנסיינים להבין את פרמטרי המערכת העיקריים וכיצד להגדיר אותם נכון בהגדרות פוטו-לומינסנציה שנפתרו בזמן.
פוטו-לומינסנציה בפתרון זמן (TRPL) היא טכניקת מפתח להבנת הפוטופיזיקה של ננו-גבישים מוליכים למחצה וחומרים פולטי אור בכלל. עבודה זו היא פריימר להקמה וביצוע TRPL על ננו-גבישים וחומרים קשורים באמצעות מערכות ספירת פוטונים בודדים (SPC). ניתן להימנע ממקורות בסיסיים של שגיאה במדידה על ידי התחשבות במערך הניסוי והכיול. יידונו מאפייני הגלאי, קצב הספירה, התגובה הספקטרלית, השתקפויות בהגדרות אופטיות והגדרות המכשור הספציפיות לספירת פוטונים בודדים. תשומת לב לפרטים אלה מסייעת להבטיח שחזור והיא הכרחית להשגת הנתונים הטובים ביותר האפשריים ממערכת SPC. המטרה העיקרית של הפרוטוקול היא לעזור לסטודנט של TRPL להבין את מערך הניסוי ואת פרמטרי החומרה העיקריים שיש להבין בדרך כלל על מנת להשיג נתוני TRPL שימושיים בהגדרות נפוצות רבות של ספירת פוטונים בודדים. המטרה המשנית היא לשמש פריימר מעובה לסטודנט של ספקטרוסקופיה ניסויית של זוהר שנפתר בזמן.
פוטו-לומינסנציה ברזולוציה בזמן (TRPL) היא שיטה חשובה וסטנדרטית לחקר הפוטופיזיקה של חומרים זוהרים. מערכות מדידה TRPL יכולות להיות הגדרות פתוחות שנבנו על ידי הנסיין או שהן יכולות להיות יחידות עצמאיות שנרכשו ישירות מהיצרן. הגדרות פתוחות נחשבות עדיפות על יחידות TRPL "סגורות" מכיוון שהן מאפשרות שליטה ניסיונית יותר ודרכים נוספות לאיסוף נתונים שימושיים; עם זאת, הם דורשים הבנה מלאה יותר של המדידה. TRPL נמצא בשימוש נרחב בפיתוח התקנים זוהרים ויש לדווח עליו תמיד יחד עם ספקטרום הפליטה הבסיסי של ננו-גבישים מוליכים למחצה וחומרים פולטי אור אחרים. ישנן שיטות רבות לביצוע TRPL; פריימר זה מתמקד במערכות ספירת פוטונים בודדים.
לפני שמתחילים, חשוב להכיר במספר עבודות קודמות. ראשית, עקרונות הספקטרוסקופיה הקרינה מאת ג'וזף לקוביץ'1 הוא תקציר גדול המכיל פרק על שיטות TRPL. המבוא לספקטרוסקופיה פלואורסצנטית של אשוטוש שארמה מכיל פרק מיושן במקצת על פלואורמטרים 2 שנפתרו בזמן ובפאזההמשמשים בעיקר כימאים וביולוגים. ספקטרוסקופיה פלואורסצנטית: שיטות ויישומים חדשים3 נותרה בעלת ערך למרות שהיא בת למעלה מ-20 שנה. את המידע וההתקדמות העדכניים ביותר ניתן למצוא בחוברות ובהערות טכניות 4,5,6,7,8. ישנם גם כמה פרקים, ביקורות וספרים אלקטרוניים מצוינים המוקדשים למבוא כללי לשיטות TRPL 9,10,11,12,13,14,15.
שיטות ספירת פוטונים בודדים (SPC) נפוצות ונמצאות בשימוש נרחב, אך ישנם מספר מושגים שסטודנטים לספקטרוסקופיה פלואורסצנטית צריכים ללמוד על מנת לקחת נתונים טובים. העקרונות כאן הם כלליים וישימים למגוון רחב של ניסויי SPC. כמובן, לאחר איסוף הנתונים, האלגוריתמים והשיטות המתאימים הם אמנות חיונית נוספת. התאמת מודל TRPL חשובה ביותר ולעתים קרובות נעשית בצורה לא נכונה למרות העובדה שעבודות קודמות רבות התמקדו ספציפית בנושא הספציפי הזה 16,17,18,19. העבודה הנוכחית, לעומת זאת, מתמקדת בעיקר בהיבטים ניסיוניים של TRPL.
הרציונל לעבודה זו הוא לפתח מדריך מקיף לביצוע TRPL עם מודולי ספירת פוטונים בודדים (SPC) נפוצים. מכיוון שמערכות אלה מסובכות מבחינה טכנית, הבנה טובה של משתני הניסוי הבסיסיים חשובה לאופטימיזציה של איסוף הנתונים ולמזעור הופעתם של חפצים שניתן להימנע מהם. בעוד שטכניקות כגון שער Kerr אופטי וציוד כגון מצלמות פסים מציגות הזדמנויות מיוחדות ל-TRPL15 מהיר במיוחד, ההתפתחויות הטכניות האחרונות בתחום ה-SPC הפכו את ה-TRPL של ננו-שניות ותת-ננו-שניות לנגישות כמעט לכל מעבדת אופטיקה ניסיונית. SPC מציעה בנוסף שיפורי מהירות ורזולוציה על פני שיטות ישנות יותר כגון שילובי פוטודיודה-אוסצילוסקופ.
1. הכנה
2. הגדרה ויישור מראש
הערה: רוב השלבים הללו אמורים להיות נחוצים רק בעת בניית התקנה חדשה.
זהירות: בעת ביצוע יישורים, הרכיבו את משקפי הבטיחות המתאימים בלייזר. הסר פריטים אישיים מחזירי אור כגון תכשיטים או שעון יד. נזק לציוד עלול להתרחש אם הגלאי חשוף ליותר מדי אור, או אם אתה משתמש בנפח כניסה לא תקיןtages עבור הציוד הספציפי שלך.
3. ספקטרוסקופיה TRPL
עקומת דעיכה סטנדרטית של SPC מוצגת באיור 3. העלייה הראשונית הוזזה כך שהשיא מתאים לזמן אפס (זה לא המקרה בנתונים הגולמיים בגלל העיכובים האלקטרוניים והאופטיים). יחס האות לרקע הוא כ-100 מכיוון שלדגימה זו יש זרחן ארוך חיים אך חלש. ניתן להבחין בבירור בהשתקפות חלשה ב?...
ישנם מספר פרמטרים חשובים הנשלטים על ידי המשתמש בכל הגדרת SPC שעל המשתמש להבין. פרמטרים אלה יסבירו את המגבלות של שיטת SPC עבור TRPL, יאפשרו למשתמש לפתור בעיות בהתקנה ביתר קלות אם משהו משתבש, ויעזרו להבין את השלבים הקריטיים הנדרשים ביעילות לאיסוף נתונים טוב. יתר על כן, דגימות שו?...
המחבר מצהיר שאין אינטרסים פיננסיים מתחרים.
מועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה מספקת מימון למחקר זה. תודה ל-Xiaoyuan Liu על ביצוע ההתאמה באיור 3 ול-Dundappa Mumbaraddi על מתן דגימת הפרובסקיט המסוממת באדמה נדירה. תודה לג'וליוס הייץ על הנגשת הפניה20 .
Name | Company | Catalog Number | Comments |
AOM | Isomet | 1260C | |
Laser | Alphalas | Picopower | |
Laser | Coherent | Enterprise | |
MCS | Becker-Hickl | PMS-400 | |
PMT | Becker-Hickl | HPM100-50 | |
PMT | Hamamatsu | H-7422 | |
SPCM | Becker-Hickl | EMN130 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved