עבודה זו נתמכה על-ידי תוכניות הליבה על המעבדה מחקר הימית של ארצות הברית.

<ol>
	<li>Park, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+a+solid-state+triple+point+at+the+metal-insulator+transition+in+VO2.">Measurement of a solid-state triple point at the metal-insulator transition in VO2.</a> Nature. 500 (7463), 431-434 (2013).</li><li>Yang, Z., Ko, C., Ramanathan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxide+Electronics+Utilizing+Ultrafast+Metal-Insulator+Transitions.">Oxide Electronics Utilizing Ultrafast Metal-Insulator Transitions.</a> Annu. Rev. Mater. Res. 41 (1), 337-367 (2011).</li><li>Tan, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unraveling+Metal-insulator+Transition+Mechanism+of+VO2+Triggered+by+Tungsten+Doping.">Unraveling Metal-insulator Transition Mechanism of VO2 Triggered by Tungsten Doping.</a> Sci. Rep. 2, 466 (2012).</li><li>Verleur, H. W., Barker, A. S., Berglund, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Properties+of+VO2+between+0.25+and+5+eV.">Optical Properties of VO2 between 0.25 and 5 eV.</a> Phys. Rev. 172 (3), 788-798 (1968).</li><li>Kiria, P., Hyett, G., Binions, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid+State+Thermochromic+Materials.">Solid State Thermochromic Materials.</a> Adv. Mater. Lett. 1 (2), 86-105 (2010).</li><li>Konovalova, O. P., Sidorov, A. I., Shaganov, I. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interference+systems+of+controllable+mirrors+based+on+vanadium+dioxide+for+the+spectral+range+06-106+micrometer.">Interference systems of controllable mirrors based on vanadium dioxide for the spectral range 06-106 micrometer.</a> J. Opt. Technol. 66 (5), 391 (1999).</li><li>Premkumar, P. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+Study+and+Characterization+of+VO2+Thin+Films+Synthesized+by+ALD+Using+TEMAV+and+O3+Precursors.">Process Study and Characterization of VO2 Thin Films Synthesized by ALD Using TEMAV and O3 Precursors.</a> ECS J. Solid State Sci. Technol. 1 (4), P169-P174 (2012).</li><li>Rampelberg, G., 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=Crystallization+and+semiconductor-metal+switching+behavior+of+thin+VO2+layers+grown+by+atomic+layer+deposition.">Crystallization and semiconductor-metal switching behavior of thin VO2 layers grown by atomic layer deposition.</a> Thin Solid Films. 550, 59-64 (2014).</li><li>Peter, A. P., 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=Metal-Insulator+Transition+in+ALD+VO2++Ultrathin+Films+and+Nanoparticles:+Morphological+Control.">Metal-Insulator Transition in ALD VO2 Ultrathin Films and Nanoparticles: Morphological Control.</a> Adv. Funct. Mater. 25 (5), 679-686 (2015).</li><li>Rampelberg, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Thin film synthesis of VO2 and VN by gas-solid reactions and atomic layer deposition. , (2016).</li><li>Kats, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vanadium+Dioxide+as+a+Natural+Disordered+Metamaterial:+Perfect+Thermal+Emission+and+Large+Broadband+Negative+Differential+Thermal+Emittance.">Vanadium Dioxide as a Natural Disordered Metamaterial: Perfect Thermal Emission and Large Broadband Negative Differential Thermal Emittance.</a> Phys. Rev. X. 3 (4), 041004 (2013).</li><li>Atkin, J. 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=Strain+and+temperature+dependence+of+the+insulating+phases+of+VO2+near+the+metal-insulator+transition.">Strain and temperature dependence of the insulating phases of VO2 near the metal-insulator transition.</a> Phys. Rev. B. 85 (2), 020101 (2012).</li><li>Petrov, G. I., Yakovlev, V. V., Squier, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+microscopy+analysis+of+phase+transformation+mechanisms+in+vanadium+dioxide.">Raman microscopy analysis of phase transformation mechanisms in vanadium dioxide.</a> Appl. Phys. Lett. 81 (6), 1023-1025 (2002).</li><li>Moulder, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy: A Reference Book of Standard Spectra for Identification and Interpretation of XPS Data. , (1992).</li><li>Nelder, J. A., Mead, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Simplex+Method+for+Function+Minimization.">A Simplex Method for Function Minimization.</a> Comput. J. 7 (4), 308-313 (1965).</li><li>Born, M., Wolf, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light. , (1999).</li><li>Choi, H. S., Ahn, J. S., Jung, J. H., Noh, T. W., Kim, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mid-infrared+properties+of+a+VO2+film+near+the+metal-insulator+transition.">Mid-infrared properties of a VO2 film near the metal-insulator transition.</a> Phys. Rev. B. 54 (7), 4621-4628 (1996).</li><li>Jepsen, P. U., 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=Metal-insulator+phase+transition+in+a+VO2+thin+film+observed+with+terahertz+spectroscopy.">Metal-insulator phase transition in a VO2 thin film observed with terahertz spectroscopy.</a> Phys. Rev. B. 74 (20), 205103 (2006).</li><li>Rozen, J., Lopez, R., Haglund, R. F., Feldman, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+current+percolation+in+nanocrystalline+vanadiumdioxide+films.">Two-dimensional current percolation in nanocrystalline vanadiumdioxide films.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (8), 081902 (2006).</li><li>Tazawa, M., Jin, P., Tanemura, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+constants+of+V1-xWxO2+films.">Optical constants of V1-xWxO2 films.</a> Appl. Opt. 37 (10), 1858-1861 (1998).</li><li>. Micro- and Nano-scale Optoelectronic Devices Using Vanadium Dioxide Available from: <a target="_blank" href="https://tspace.library.utoronto.ca/handle/1807/68313">https://tspace.library.utoronto.ca/handle/1807/68313</a> (2014)</li><li>Briggs, R. M., Pryce, I. M., Atwater, 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=Compact+silicon+photonic+waveguide+modulator+based+on+the+vanadium+dioxide+metal-insulator+phase+transition.">Compact silicon photonic waveguide modulator based on the vanadium dioxide metal-insulator phase transition.</a> Opt. Express. 18 (11), 11192-11201 (2010).</li><li>Dicken, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+tunable+near-infrared+metamaterials+based+on+VO2+phase+transition.">Frequency tunable near-infrared metamaterials based on VO2 phase transition.</a> Opt. Express. 17 (20), 18330 (2009).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

שיטות גידול שמתואר כאן לספק תוצאות לשחזור לגבי אחידות, כימיה, מבנה, מורפולוגיה. ונדיום למבשר היא קריטית כדי לייצר את סטויכיומטריה הנכון של סרטים אלד-הפקיד. קודמן מסוים זה מקדם את המדינה הערכי +4 ונדיום, שלא כמו רבים אחרים המפורטים בספרות המקדמים המדינה +5 הערכי נפוץ יותר. בנוסף, קודמן המסוים הזה יש לחץ אדים נמוך למדי והוא דורש חימום לספק מנה מספקת עיתוני תחת התנאים שניתנו. מאז קודמן הזה מתחיל להתפורר בסביבות 175 ° C, זה מגדיר גבול עליון הטמפרטורה בשני חימום של קודמן וצמיחה אלד. היבט קריטי נוסף להשגת סטויכיומטריה הנכון הוא ריכוז האוזון (~ 125 מ ג/ליטר כאן) במהלך מינון. לעיתים קרובות ריכוז האוזון המיוצר על ידי גנרטור בתנאים מסוימים מבזה או עוקצים לאורך זמן. אם זה קורה, הדופק האוזון, נקה משכי יצטרך להיות מותאם כדי לשמור על סטויכיומטריה, מורפולוגיה, וופל אחידות. מה מתואר כאן הוא איך לגדול אלד VO2 על מצעים ספיר מטוס ה-c, הכוללת את האוזון מקומיים לטיפולי קדם. השלבים לפני צמיחה התגרענות וניקוי תלויים המצע; עם זאת, התהליך שמתואר כאן עובד עבור רוב מצעים (ללא ניע, תחמוצות, מתכות, וכו '.) כדי לקבוע את הטוב סיום ניקוי והכנה VO2 צמיחה, שצריך לשקול תגובתיות בין המינים סיום למבשר ונדיום תוך מזעור כל תחמוצת מקורית על המצע. בסופו של דבר, תהליך זה הוכח על יחס גובה-רוחב גבוה מצעים (עד ~ 100) אך במקרים קיצוניים, ניתן לשקול של חשיפה או פעולת השירות הסטטית אלד כדי לשפר עוד יותר conformality.
היכולת להשיג באיכות גבוהה, גבישי אלד VO2 סרטים תלויה די הפרמטרים מחזק שלאחר התצהיר. ההיבט הקריטי ביותר הוא הלחץ, במיוחד לחץ חלקי של חמצן. חמצן גבוהה המבוצעות להוביל faceting של דגן צמיחה, בסופו של דבר גורם היווצרות ננו-חוט, כמו גם תוצאות בשלב5 2O V. אם הלחץ חמצן נמוכה מדי, חמצן annealed מהסרטים וכתוצאה מכך V2O3 שלב. לפיכך, כדי לשמור על השלב הנכון ולצמצם את הסרט חספוס, הלחץ חמצן לשמור על טווח של עונה 1 פרק 10-4 עד 7 x 10-4 הפלסטינית. באופן דומה, הטמפרטורה הינה קריטית הן היכולת מתגבשים הסרט לשמור על סטויכיומטריה, למזער וחספוס של הסרט. כאשר הטמפרטורה של הסרט2 VO שקשה למדוד, ממצאים אמפיריים מראים כי התגבשות דורש שלב בטמפרטורה גבוהה מ- 500 מעלות צלזיוס. בטמפרטורות גבוהות יותר, קשה יותר לשמר את סטויכיומטריה הנכונה ואת שלב ולהפקת סרטים חינם חריר. יש גם עסקאות חליפין בין טמפרטורה anneal הזמן, במיוחד גבוה טמפרטורות עשוי לצמצם את הזמן anneal. בנוסף, משך anneal קשורה ישירות העובי של הסרט. סרטים עבה יותר דורשים יותר פעמים כדי להשיג מקסימום התגבשות. לפיכך, הלחץ חמצן, anneal טמפרטורה, anneal הזמן המתואר השיטות לעיל אופטימציה כדי לייצר באיכות גבוהה VO2 סרטים כי התערוכה השינוי הגדול ביותר במאפייני אופטי בטמפרטורה מעבר כמעט אידיאלית. בסופו של דבר, ramping וקירור המחירים במהלך החמצן anneal יש השפעה על החספוס של מורפולוגיה; איטי יותר אלה, חלק יותר סרטים.
התצהיר אלד ובעקבות anneal של VO2 מייצרת polycrystalline אוריינטציה סרטים עם שטח גדול אחידות. אלד מציעה סרטים conformally בוגר ב הננומטרי תלת מימדי מורפולוגיות של כמעט כל מצע. זה מאפשר שילוב2 VO לתוך יישומים חדשניים, מתאים במיוחד עבור התקנים אופטיים.
בעקבות הצמיחה אופטי מדידות, נוצר מודל אשר מספק התאמה טובה על הנתונים עבור שניהם להדמיה וכל השתקפות של VO2 שלה מתכתי, בידוד שלבים באזור ספקטרלי אינפרא-אדום ליד (R2 = 0.96-0.99). השקיפות של שלב בידוד האינפרא-אדום הוא התהליך המאתגר ביותר ביצירת מודל זה. מתנד נוסף לתנאים נוספו, אבל זה גדל דגם המורכבות, רק שולית לשפר את ההתאמה באזור זה. יצוין כי במודל זה, הסופרפוזיציה של מתנדים לורנץ היא נפוצה אופטי דגם, אינן תואמות בהכרח מעברים אלקטרוניים מסוימים. בתחילה, הדגמים כלל מונח דרודה, עם זאת, לאחר אופטימיזציה, דרודה את המונח ביסודו חוסל. מסיבה זו, נבחנו מספר טכניקות וצמצום. עם זאת, אלה טכניקות שונות נפגשות על פתרונות דומים המערבות לא מונח דרודה. בהעדר מונח דרודה אלד VO2 יכול להיות בגלל מספר גורמים, כגון 1) מסטול מוליכים למחצה-כמו resistivity, או shift תדר 2) פלזמה להורדת האנרגיות ו/או קצב התנגשות גדולה (כינוי החשמלי), מסכים עם מתכתי תכונות של הסרטים האלה.
בשלב בידוד, T < 60 ° C, המקדם הדיאלקטרי ו שבירה של VO אלד2 מסכים עם ייצור השיטות האחרות (בהיסוס4,20,21 ולייזר פעמו התצהיר22 23). במצב מתכתי, T > 70 ° C, הסרטים האלה אלד נספח אובדן נמוכה יותר מאשר VO2 מפוברק על ידי שיטות אחרות. חשוב לציין כי בעוד שיטות ייצור שונות לייצר ערכים שונה במקצת עבור המקדם הדיאלקטרי ו שבירה של VO2, כל הסרטים מציגים מגמות דומות.
דגם נייר זה של התלות טמפרטורה, אורך הגל של המקדם הדיאלקטרי אופטי ו שבירה מסכים עם הנתונים נמדדו השפעול. היכולת של המודל לייצר באיכות טובה להתאים לנתונים אופטי נמדד מדגים שהוא אמין יכול לחזות את התכונות האופטיות של VO2 כפי השלב משתנה מבודד מתכת. באמצעות מודלים אלה, התכונות האופטיות של VO2 ניתן יהיה כצפוי מכוון על ידי טמפרטורה, עובי, אורך גל לתכנן מערכות אופטיות להשיג מטרות סטטיים ודינמיים. מודלים אלה מאפשרים את העיצוב והפיתוח של מערכות אופטיות באמצעות VO2 במערכות פסיבי ואקטיבי על-ידי שינוי עובי של הסרט וכן טמפרטורה.

ונדיום דו-חמצני עובר מעבר הגבישי ליד 68 מעלות צלזיוס. זה מייצר קריסטל מבניים שינוי מן המונוקלינית הטטרגונלית. המקור של מעבר זה נותר שנוי במחלוקת1, אולם מחקרים עוזר לפתח הבנה של התהליכים המייצרים זה3,2,מעבר4 . ללא קשר למקור, שלב המעבר משתנה את התכונות האופטיות של VO2 מ בידוד חשמלי (שידור אור) בטמפרטורת החדר חומר מתכתי יותר (המשקף, קליטת אור) מעל טמפרטורת מעבר2 .
מגוון שיטות השתמשו כדי לפברק VO2 בעבר (התזה, בתצהיר אדים הפיזי, בתצהיר אדים כימיים, קרן מולקולרית epitaxy, פתרון, וכו '.) 5. מאפייני VO2 תלויים במידה רבה הטכנולוגיה נהגה לפברק את הסרטים anneal6, אשר הפיק משמעותי השתנות בין טכניקות גידול שונים ובעקבות והוביל בדרגות שונות crystallinity וקולנוע מאפיינים. עבודה זו חוקר את התכונות האופטיות של אטומי השכבה (אלד) גדל סרטים, עם זאת, הגישה היא החלים מידול כל סוגי VO2 סרטים.
לאחרונה, קבוצות בונים התקנים אופטיים על-ידי שילוב סרטים רזה של VO2 על גבי מצעים אופטי. כשיטת התצהיר בצמיחה חדשה, אלד יכול לסייע בדיית התקנים אופטיים האלה ויש לו מספר יתרונות על טכניקות חלופיות, כגון שטח גדול אחידות, אנגסטרום עובי רמת שליטה הסרט קונפורמיים כיסוי7 ,8,9. אלד היא הטכניקה המועדפת עבור יישומים המחייבים גישה שכבה-על התצהיר מעצמם, פבריקציה נוספת על מגוון רחב של חומרי המצע (למשל., לשילוב הטרוגנית), או ציפויים קונפורמיים של תלת-ממד מבני10 . בסופו של דבר, ציפוי קונפורמי של מבנים תלת-ממד של תהליך אלד שימושי במיוחד ביישומים אופטי.
הניסויים בנייר זה, זגוגית, אמורפי אלד סרטים גדלו על זוגיות-צד-מלוטש, מצעים ספיר מטוס ה-c-טמפרטורות נמוכות, annealed בסביבת חמצן כדי לייצר סרטים גבישי באיכות גבוהה. בעזרת המדידות ניסיוני, מודל נוצר לשינויי טמפרטורה, גל התלויים אופטי VO2 כדי לאפשר את השימוש בשם גשמי tunable מקדם שבירה11.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="731">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">c-Al2O3</td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">UHP Oxygen</td>
			<td style="width:111px;">Air Products</td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">UHP Nitrogen</td>
			<td style="width:111px;">Air Products</td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tetrakis(ethylmethylamido)vanadium(IV) (TEMAV)&#160;</td>
			<td style="width:111px;">Air Liquide</td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:343px;">Acetone</td>
			<td style="width:111px;">Fischer Scientific&#160;</td>
			<td style="width:111px;">A18-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:343px;">2-propanol</td>
			<td style="width:111px;">Fischer Scientific&#160;</td>
			<td style="width:111px;">A416P-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Savannah S200-G2&#160;</td>
			<td>Veeco - CNT</td>
			<td style="width:111px;">Savannah S200-G2&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:343px;">ozone generator&#160;</td>
			<td style="width:111px;">Veeco - CNT</td>
			<td style="width:111px;">&#160;ozone generator&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Platinum wire heater</td>
			<td style="width:111px;">HeatWave Labs</td>
			<td style="width:111px;">custom</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

atomic layer deposition of vanadium dioxide and a temperature-dependent optical model

ונדיום דו-חמצני הוא חומר בעל שלב מתכת-מבודד הפיך לשנות ליד 68 מעלות צלזיוס. לגדול VO2 על מגוון רחב של מצעים, עם וופל-מידה אחידות ושליטה אנגסטרום ברמה של עובי, נבחרה השיטה של אטומי-שכבה התצהיר. תהליך אלד זה מאפשר באיכות גבוהה, בטמפרטורה נמוכה (≤150 ° C) צמיחה של זגוגית סרטים (100-1000 Å) של VO2. לצורך ההדגמה, הסרטים2 VO גדלו על מצעים ספיר. טכניקה זו הצמיחה טמפרטורה נמוכה מייצרת בעיקר סרטים2 VO אמורפי. Anneal לאחר מכן ב תא ואקום גבוה עם לחץ של 7 x 10-4 הרשות הפלסטינית של חמצן טוהר גבוהה במיוחד (99.999%) המיוצר מונחה, polycrystalline VO2 סרטים. Crystallinity, שלב ו זן של VO2 נקבעו על ידי ספקטרוסקופיית ראמאן ואת עקיפה רנטגן, בעוד סטויכיומטריה ורמות הטומאה נקבעו על ידי הספקטרומטריה photoelectron, סוף סוף המורפולוגיה נקבע על ידי מיקרוסקופ כוח אטומי. נתונים אלה מדגימים באיכות גבוהה של סרטי מבוגרים באמצעות הטכניקה הזו. מודל נוצר כדי להתאים לנתונים VO2 שלבים שלה מתכתי, בידוד באזור ספקטרלי אינפרא-אדום ליד. מקדם דיאלקטרי של שבירה של VO אלד2 הסכים עם השיטות האחרות פבריקציה נוספת בשלב בידוד, אבל הראה שינוי במצבו מתכתי. לבסוף, הניתוח של התכונות האופטיות של הסרט איפשרה הקמת מודל הגל ותלוי בטמפרטורה של מדד השבירה האופטי מורכבות לפיתוח VO2 כחומר tunable מקדם שבירה.

כדי לזהות איכות אלד גדל ונדיום אוקסיד, photoelectron הספקטרומטריה (XPS) בוצעה-הפקיד, בעיקר אמורפי VO2 הסרטים (איור 1) וכן annealed גבישי VO2 סרטים (לא מוצג). רנטגן עקיפה (XRD) בוצעה על הסרטים2 VO annealed (איור 2). בנוסף, כדי לסייע לכמת את הפרופיל האנכי של הכימיה בתוך הסרט, עומק פרופיל בוצעה עם מקור יון אשכול כדי למזער את איכול מועדף של מינים הקטיון/אניון. שני סימנים. נציג מוצגים באיור 1, אחד על פני השטח, ואחד בכמויות. עומק פרופיל ומדידות XPS הבאים מראים כי 1-nm העליון של הסרט הפקיד הוא לא VO2 עקב עודף חמצן (adventitious) סביבתיים, פחמן, אך לאחר יותר מבוקר הליך מחזק חמצן בלחץ נמוך אפילו משטח מייצבת VO2. קרני רנטגן מדידות בוצעו עם מקור האנרגיה רנטגן Cu K-אלפא, הצג, איור 2, לשיא2 VO יחיד ב- 39.9˚. החתימה של שיא זו מאמתת את האיכות של תוצרת אלד VO2 , כמו גם כיוון קריסטל (020) יישור עם המצע ספיר שיא.
כדי לנתח את crystallinity, שלב ו זן, ספקטרוסקופיית ראמאן בוצעה באמצעות 532 ננומטר לייזר עבור עירור. איור 3 מראה ספקטרום ראמאן של הסרט2 VO ומראה פסגות צר אשר מצביעים על גבישי באיכות גבוהה. בנוסף, אנרגיה מוגברת של phonons בתדר נמוך של ונדיום ונדיום (193, 222 ס מ-1) ואת מצב-1 ס"מ 612, כמו גם ירידה באנרגיה של מצב-1 ס"מ 389, מציע מאמץ מתיחה סרטים אלה12, 13.
המורפולוגיה נצפתה על ידי מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM). איור 4 מראה קריסטל תבואה גדלים גודל 20-40 ננומטר, חספוס שורש ממוצע הריבועים (RMS) של 1.4 ננומטר לסרטים כמו הפקיד (איור 4A) ולא על החספוס של RMS של 2.6 nm לסרטים annealed (איור 4B).
להדמיה אופטית ונתוני השתקפות התקבלו באמצעות מקור אור לבן עם monochromator סריקה של photodetector, אשר סיפקה כיסוי הנראה, ליד אזור אינפרא-אדום. איור 5 מציג את התלות בטמפרטורה של הסרט זה המעברים מ בידוד חשמלי למתכת, הוכחת מעבר לטמפרטורה של 61 ° C. ניתוח המידע מהניסוי מאפשר את הדגמים של המקדם הדיאלקטרי תלוי טמפרטורה, אורך הגל של VO2 כמו זה המעברים של בידוד חשמלי למטאל. איור 5 מראה איך הדגם במדויק מנבאת את התנהגות אופטי כאשר משתמשים הפרמטרים טבלה 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57103/57103fig1.jpg"> איור 1: מדידות XPS נציג של 35-nm עבה VO2 c-אל2O3. XPS מראה כי חלק הארי של הסרט הוא VO2 פני השטח, אשר מכיל C ו- O מזהם, היא זזה יותר לכיוון2O V5. סטויכיומטריה מציע VO2. <a href="/files/ftp_upload/57103/57103fig1large.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/57103/57103fig2v3.jpg"> איור 2: XRD מדידות של 35-nm עבה VO2 c-אל2O3. מדידה XRD זו מראה לשיא2 יחיד VO 39.9˚ באופן עצמאי מאמתת איכות קריסטל ומדגים הכיוון (020) המונוקלינית מיושר עם פסגת ספיר הבסיסית. <a href="/files/ftp_upload/57103/57103fig2v3large.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/57103/57103fig3.jpg"> איור 3: ספקטרום ראמאן של VO2 ב- c-אל2O3. ספקטרום ראמאן הזה יש פסגות צר, המציין קריסטלי איכותי, ומראה זן מתיחה קלה. <a href="/files/ftp_upload/57103/57103fig3large.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/57103/57103fig4.jpg"> איור 4: מורפולוגיה של VO2 c-אל2O3. ה AFM תמונות להראות סרטים אחיד, רציף עם תבואה גדלים גודל 20-40 ננומטר, roughnesses RMS של (A) 1.4 ננומטר עבור הסרט שגודלו כ ו- (B) 2.6 nm לסרט annealed. <a href="/files/ftp_upload/57103/57103fig4large.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/57103/57103fig5.jpg"> איור 5: להדמיה אופטית-סגול, השתקפות של 35-nm עבה VO2 c-אל2O3. את התנהגות תלוית טמפרטורה להדמיה אופטית השתקפות של הסרט דו-חמצני ונדיום הם הצג ב- 40, 60, 70, 90 ° C. החוגים פתוחה בחלקה הם להדמיה נמדד, השתקפות, absorptance מחושב של VO2 על מבנה ספיר בטמפרטורות שונות, ואילו הקווים מוצק הם הערכים החזויים של טמפרטורה את מימדי - ו מודל תלויי-אורך הגל של VO2. <a href="/files/ftp_upload/57103/57103fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>חדוה∞</td>
			<td></td>
			<td>osc. 1</td>
			<td>osc. 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>בידוד חשמלי</td>
			<td colspan="4"></td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3"></td>
			<td rowspan="3">3.4</td>
			<td>En
</td>
			<td>3.8</td>
			<td>1.2</td>
		</tr>
<tr>
<td>n
</td>
			<td>33</td>
			<td>2.1</td>
		</tr>
<tr>
<td>Bn
</td>
			<td>1.4</td>
			<td>1.3</td>
		</tr>
<tr>
<td>מתכת</td>
			<td colspan="4"></td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3"></td>
			<td rowspan="3">4.5</td>
			<td>En
</td>
			<td>3.2</td>
			<td>0.6</td>
		</tr>
<tr>
<td>n
</td>
			<td>13</td>
			<td>5.3</td>
		</tr>
<tr>
<td>Bn
</td>
			<td>1.1</td>
			<td>1</td>
		</tr>
</tbody></table>טבלה 1: מודל נציג פרמטרים עבור VO 2 . פרמטרים אלה הם נציג של אלו המשמשים מודל מתנד להעריך המקדם הדיאלקטרי של VO2 שלבים שלה מתכתי, בידוד.

Watch this Scientific Journal Video about Atomic Layer Deposition of Vanadium Dioxide and a Temperature-dependent Optical Model at JoVE.com

Atomic Layer Deposition of Vanadium Dioxide and a Temperature-dependent Optical Model

סרטים רזה (100-1000 Å) של ונדיום דו-חמצני (VO2) נוצרו על ידי אטומי-שכבה התצהיר (אלד) על מצעים ספיר. בעקבות זאת, המאפיינים אופטי מאופיינים המעבר מתכת-מבודד של VO2. מן התכונות האופטיות, מדוד מודל נוצר כדי לתאר את tunable מקדם שבירה של VO2.

שכבות אטומיות בודדות בתצהיר של ונדיום דו חמצני ודגם אופטי תלוית טמפרטורה

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with ...

atomic-layer-deposition-vanadium-dioxide-temperature-dependent

Research

JoVE Journal

Engineering

11.8K Views.  Naval Research Laboratory. סרטים רזה (100-1000 Å) של ונדיום דו-חמצני (VO2) נוצרו על ידי אטומי-שכבה התצהיר (אלד) על מצעים ספיר. בעקבות זאת, המאפיינים אופטי מאופיינים המעבר מתכת-מבודד של VO2. מן התכונות האופטיות, מדוד מודל נוצר כדי לתאר את tunable מקדם שבירה של VO2.

Video: Atomic Layer Deposition of Vanadium Dioxide and a Temperature-dependent Optical Model

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime. Lithium ion batteries have also been considered to be used in electric and hybrid vehicles1 or even electrical grid stabilization systems2. All these applications simulate a dramatic increase in the research and development of battery materials3-7, including new materials3,8, doping9, nanostructuring10-13, coatings or surface modifications14-17 and novel binders18. Consequently, an increasing number of physicists, chemists and materials scientists have recently ventured into this area. Coin cells are widely used in research laboratories to test new battery materials; even for the research and development that target large-scale and high-power applications, small coin cells are often used to test the capacities and rate capabilities of new materials in the initial stage. 
 In 2010, we started a National Science Foundation (NSF) sponsored research project to investigate the surface adsorption and disordering in battery materials (grant no. DMR-1006515). In the initial stage of this project, we have struggled to learn the techniques of assembling and testing coin cells, which cannot be achieved without numerous help of other researchers in other universities (through frequent calls, email exchanges and two site visits). Thus, we feel that it is beneficial to document, by both text and video, a protocol of assembling and testing a coin cell, which will help other new researchers in this field. This effort represents the "Broader Impact" activities of our NSF project, and it will also help to educate and inspire students.
In this video article, we document a protocol to assemble a CR2032 coin cell with a LiCoO2 working electrode, a Li counter electrode, and (the mostly commonly used) polyvinylidene fluoride (PVDF) binder. To ensure new learners to readily repeat the protocol, we keep the protocol as specific and explicit as we can. However, it is important to note that in specific research and development work, many parameters adopted here can be varied. First, one can make coin cells of different sizes and test the working electrode against a counter electrode other than Li. Second, the amounts of C black and binder added into the working electrodes are often varied to suit the particular purpose of research; for example, large amounts of C black or even inert powder were added to the working electrode to test the "intrinsic" performance of cathode materials14. Third, better binders (other than PVDF) have also developed and used18. Finally, other types of electrolytes (instead of LiPF6) can also be used; in fact, certain high-voltage electrode materials will require the uses of special electrolytes7.

A protocol to construct and test coin cells of lithium ion batteries is described. The specific procedures of making a working electrode, preparing a counter electrode, assembling a cell inside a glovebox and testing the cell are presented.

בנייה ובדיקה של תאים מטבע של סוללות ליתיום יון

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime.  Lithium ion ...

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.

Metamaterials בודה בשיטת ציור הסיבים

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

Optical Trapping of Nanoparticles

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

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

לכידה אופטית של חלקיקים

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

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

ייצור של ננו מהונדס תחמוצות שקופות לנהל בתצהיר ליזר פעם

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement is used. Here we operate a Nd:YAG laser at a frequency of 10 Hz at the fundamental wavelength of 1,064 nm. The 14 nsec pulses with anenergy of 190 mJ/pulse are focused to a 50 &#181;m spot size to generate a plasma from optical breakdown or laser ablation in air. The microplasma is imaged onto the entrance slit of a 0.6 m spectrometer, and spectra are recorded using an 1,800 grooves/mm grating an intensified linear diode array and optical multichannel analyzer (OMA) or an ICCD. Of interest are Stark-broadened atomic lines of the hydrogen Balmer series to infer electron density. We also elaborate on temperature measurements from diatomic emission spectra of aluminum monoxide (AlO), carbon (C2), cyanogen (CN), and titanium monoxide (TiO).
The experimental procedures include wavelength and sensitivity calibrations. Analysis of the recorded molecular spectra is accomplished by the fitting of data with tabulated line strengths. Furthermore, Monte-Carlo type simulations are performed to estimate the error margins. Time-resolved measurements are essential for the transient plasma commonly encountered in LIBS.

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

Time-resolved atomic and diatomic molecular species are measured using LIBS. The spectra are collected at various time delays following the generation of optical breakdown plasma with Nd:YAG laser radiation&#160;and are analyzed to infer electron density and temperature.

מדידה וניתוח של מימן אטומי והמולקולרי דו האטומי ALO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, וההתפלגות מושרה הלייזר הבא TIO הספקטרום אופטית

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement ...

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be measured to ~10 pN by a laser and sectored detector, which can be converted to image topography. Amplitude modulation or &#8220;tapping mode&#8221; AFM involves the probe making intermittent contact with the surface while oscillating at its resonant frequency to produce an image. Used in conjunction with a fluid cell, tapping-mode AFM enables the imaging of biological macromolecules such as proteins in physiologically relevant conditions. Tapping-mode AFM requires manual tuning of the probe and frequent adjustments of a multitude of scanning parameters which can be challenging for inexperienced users. To obtain high-quality images, these adjustments are the most time consuming.
PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) produces an image by measuring a force response curve for every point of contact with the sample. With ScanAsyst software, PF-QNM can be automated. This software adjusts the set-point, drive frequency, scan rate, gains, and other important scanning parameters automatically for a given sample. Not only does this process protect both fragile probes and samples, it significantly reduces the time required to obtain high resolution images. PF-QNM is compatible for AFM imaging in fluid; therefore, it has extensive application for imaging biologically relevant materials.
The method presented in this paper describes the application of PF-QNM to obtain images of a bacterial red-light photoreceptor, RpBphP3 (P3), from photosynthetic R. palustris in its light-adapted state. Using this method, individual protein dimers of P3 and aggregates of dimers have been observed on a mica surface in the presence of an imaging buffer. With appropriate adjustments to surface and/or solution concentration, this method may be generally applied to other biologically relevant macromolecules and soft materials.

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

מיקרוסקופית כוח האטומי של אורות אדומים קולטני אור שימוש במיפוי PeakForce כמותי nanomechanical נכס

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

מה שהופך את התאים סולריים שיא יעילות SNS על ידי אידוי תרמי ואטומית שכבת הפקדת

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

ייצור ותפעול של מסוע ננו-אופטי

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less environmentally damaging with lower processing temperatures presenting a viable and low cost alternative to conventional production. This paper further enhances these environmental credentials by evaluating the digital printing and therefore additive production route for these cells. This is achieved here by investigating the formation and performance of a metal oxide photoelectrode using nanoparticle sized titanium dioxide. An ink-jettable material was formulated, characterized and printed with a piezoelectric inkjet head to produce a 2.6 &#181;m thick layer. The resultant printed layer was fabricated into a functioning cell with an active area of 0.25 cm2 and a power conversion efficiency of 3.5%. The binder-free formulation resulted in a reduced processing temperature of 250 &#176;C, compatible with flexible polyamide substrates which are stable up to temperatures of 350 &#730;C. The authors are continuing to develop this process route by investigating inkjet printing of other layers within dye sensitized solar cells.

This paper investigates the suitability of inkjet printing for the manufacturing of dye-sensitized solar cells. A binder-free TiO2 nanoparticle ink was formulated and printed onto a FTO glass substrate. The printed layer was fabricated into a cell with an active area of 0.25 cm2 and an efficiency of 3.5%.

דפוס דיגיטלי של טיטניום דו-חמצני עבור לצבוע תאים סולריים רגישים

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two chalcogenide compositions are demonstrated: Ge23Sb7S70 and As40S60, which have both been studied extensively for planar mid-infrared (mid-IR) microphotonic devices. In this approach, uniform thickness films are fabricated through the use of computer numerical controlled (CNC) motion. Chalcogenide glass (ChG) is written over the substrate by a single nozzle along a serpentine path. Films were subjected to a series of heat treatments between 100 &#176;C and 200 &#176;C under vacuum to drive off residual solvent and densify the films. Based on transmission Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and surface roughness measurements, both compositions were found to be suitable for the fabrication of planar devices operating in the mid-IR region. Residual solvent removal was found to be much quicker for the As40S60 film as compared to Ge23Sb7S70. Based on the advantages of electrospray, direct printing of a gradient refractive index (GRIN) mid-IR transparent coating is envisioned, given the difference in refractive index of the two compositions in this study.

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

A method of uniform thickness solution-derived chalcogenide glass film deposition is demonstrated using computer numerical controlled motion of a single-nozzle electrospray.

הפקדת electrospray של עובי אחיד Ge<sub&gt; 23</sub&gt; Sb<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt; וכפי<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt; סרטי זכוכית Chalcogenide

שכבות אטומיות בודדות בתצהיר של ונדיום דו חמצני ודגם אופטי תלוית טמפרטורה

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video