The authors acknowledge financial support from the Engineering and Physical Sciences Research Council, UK under the Program Grant 'Supercritical Fluid Electrodeposition' (EP/J016276/1). J.S. and R.J.K. are indebted to the Warwick Centre for Analytical Science (EPSRC funded Grant EP/F034210/1). Additionally, we are indebted to Drs. Zheng Liu and Kazu Suenaga who provided the top right part of Panel d of Figure 1, which originally appeared in Microsc. Semicond. Mater. 2008, 120, 213-216 (used with permission).

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</ol>

The authors have nothing to disclose.

연구의 거대한 양의 나노 와이어에 완료되었습니다 동안 가장 작은 직경의 근본적인 제한이 가능, 극단적 인 나노 와이어를 나노 와이어, 거의 탐구 없습니다. 예들은 자신의 모재의 완전히 새로운 결정형을 나타낼 수 있으며, 이미 이러한 나노 와이어의 특성도 약간 큰 직경의 나노 와이어와 연속체를 형성하지 않는 것이 밝혀졌다. 각 부모 가능한 모재의 그 다수를 고려하면 물리 거대 많은 이상의 극단적 인 나노 와이어를 수 나노 와이어의 폭을 생산할 수있다. 이들의 제조 방법은 잘 확립되어 있지 않으므로 극단적 나노 와이어 연구가 여전히 초기 단계에 있다는 사실은 아니다. 이 논문에 제시된 용융 침투 과정은 신뢰성과 용융 침투가 특정 작성을위한 최적이 아닌 경우 사용할 수있는 여러 그룹 및 승화 작성 등의 다른 방법으로 사용되어왔다. 부분에서필드 비파괴 극단적 나노 와이어의 특성을 비교적 간단하고 광범위하게 적용 가능한 방법의 부족에 의해 다시 유지된다. 카본 나노 튜브의 필드는 임의의 가이드 인 경우, 라만 분광법이 문제를 해결하기위한 선택의 방법이라는 좋은 기회를 가진다. 극단적 나노 유용한 라만 스펙트럼을 얻기위한 키가 라만 산란의 다른 1D 공진 시스템 강화와 공통 것을 인식하는 것은 임의의 산란을 관찰하기위한 필요 조건이다. 특정 샘플 형태의 전체의 공진 동작이 측정을 빠르게 할 시료의 특성에 라만 대부분의 애플리케이션에 고정 공진 여기 에너지를 사용하여 비용을 절감 할 수있다,이 프로토콜에서 제시된 방법을 사용하여 결정되면 라만 시스템 요구. 이 논문에 제시된 결과에 나타낸 바와 같이 극단적 인 나노 와이어에 높은 품질의 공명 라만 결과를 얻는 중요한 문제입니다재현 고정밀 며칠 동안 가변 레이저의 빔을 다시 정렬 할 필요가있다. 이 실험에서 가장 중요한 세부 실험 시스템 및 관심 특히 수정을 요구; 정확한 광학 시스템의 초점 현미경 대물 시료 중 횡 이동을 정확하게 교정 할 수있는 능력 상에 레이저 빔의 정확한 정렬. 기술은이 양식이 논문의 기초를 달성하기 위해 개발했다. 기타 벌크 및 양자 우물 시스템 광범위한 기술을 적용한 예로서 M. 카르 도나 선구자 포함 공진 라만 실험의 재현성을 개선하기위한 방법 및 시스템을 개발 하였다. 우리의 기술은 M. Dresselhaus (21)를 포함하는 탄소 나노 튜브의 라만의 개척자의 일에 작성합니다. 그러나 여기에 제시된 프로토콜은 극단적 나노 와이어 공명 라만 실험에 특히 적합하다. 의 S의 핵심프로토콜 uccess는도 10에 도시 된 실험 시스템의 개발이었다. 도면은 프로토콜에 설명 된 라만 실험에서 사용한 광 셋업의 평면도를 보여준다. 레이저 광은 프로토콜에 따라 그라 이오 스탯에 밀봉 된 샘플시 50X 목표 (라벨 OB)를 통해 초점을 맞추고 있습니다. 이 저온 유지 장치는 재배치 및 포커싱을 위해 샘플의 3 차원 적 움직임을 허용하는 XYZ 스테이지 상에 장착된다. 레이저 광이 A 및 B (a 펌프 소스 및 Ti 인 : 각각 사파이어)를 통해 생성되고, 레이저의 정확한 세부 사항은 제공되는 재료 문헌에 언급되어있다. 상업적인 레이저 라인 필터를 사용하는 경우 (성분 C)의 레이저 광은 조리개 (1) 및 (2) 시준 렌즈를 사용하여도 1 및 2 (L1 및 L2)의 중앙을 통해 지향된다. 광은 프로토콜에 설명 된대로, 1/2 파장 판 및 편광판 (HWP1 및 POL1) PM2에 편광 레이저 파워 입사면을 제어하기 위해 통과한다. 레이저 빛이 통과가변 필터, C, 및 거울 M1 및 M2를 사용을 통해, 그것은 대물 (OB)의 배면에 수직 및 카메라 C1 및 C2를 중심으로되도록 정확한 광로 상 스티어링. ND 필터는 집중 절차 (단계 9.9)을 수행 할 수 있도록, 전력 미터, PM1 상 대물로부터 다시 반사 된 빔을 위치시키기 위해 사용된다. 샘플로부터 위로 산란광 수집 및 분석 장치에 3 렌즈 (L3) 및 슬릿 (1)를 통해 전달된다. 렌즈의 슬릿 폭과 위치를 조정하면, 레이저 파장, 레이저 선 벗어나면 프로토콜 8 항에 설명 된대로, 라만 신호를 최대화하는 것이 중요하다 필터링 동작 범위, 볼륨 브래그 설치 섹션 8.2에 따라 이용해야 .1-8.2.3. 이 광학 셋업은도 10에 따라, 검은 색 점선에 따라 변경되고, 미러 M3 경로에서 제거하는 것이 중요하다. 편광 의존하는 실험에 착수하면 마지막으로, 그것은 중요하다편광을 제어하고 분광계 입력 편광 유지, 이것은도 10에서 보라색 점선으로 강조 셋업에 추가 될 프로토콜과 구성 요소 (12)에 대해서 설명한다. 청색은도 10에 점선은 구성 요소를 지시 프로토콜 부 (14)로 나타낸 바와 같이, 시료의 라이브 영상을 허용했다. 모든 실험 방법과 마찬가지로 공명 라만 산란는 한계가있다. 특히, 가능한 파장 가변 레이저 소스 및 검출기는 적외선 내로 연장하지만 상기 스펙트럼 범위에서 수행 할 350-1,000 나노 훨씬 용이하고 UV 가능하다는 것을 의미한다. 조정 가능한 소스와 라만 산란을 수행하는 데 필요한 실험 시스템은 합리적인 추정이 발행 당시 £ 200-300k되는 저렴한 없습니다. 또한 필요한 시스템의 복잡성은 광에 익숙를 필요로한다는 것을 의미분광법은 성공적으로 작동합니다. 그러나 라만 산란은 다른 기술로 수득하기 어려운 정보의 조합을 제공한다. 놀랍게도 아직 임의의 다른 기술에 의해 달성 될 수있는 개별 단일 벽 탄소 나노 튜브의 라만 산란, 따라서 진동 에너지를 얻을 수있다. 이제 나노 와이어의 공명이 라만 산란의 가능한 정보의 범위를 열어 결정하기 시작하고있다. 우리의 의견 확장자는 전기 화학적으로 이들 물질을 이해하는데 중요한 것이다 전하 밀도의 넓은 범위의 나노 와이어에 대한 측정을 허용 4 36 K까지 온도가 극단적 나노 와이어 (20)를 게이트한다. 마지막으로 더욱 제조 할 수있는 샘플의 품질을 최적화시킬 수있는 극단적 인 나노 와이어의 구조 및 용융 전이를 이해하는 라만 산란을 이용하여.

라만 분광법과 공명 라만 분광법 널리 과학적 및 기술적으로 악용되어 잘 확립 된 기술이다. 1928 제 1 라만 스스로보고 동안 라만 분광기의 광범위한 보급 이용에 키 고강도, 협 대역 여기 소스를 제공하는 레이저 라만 공명의 경우 가변 파장 레이저의 개발이었다. 공명 라만 산란이 ~ 1-5 원자의 직경, 예를 들어 나노 와이어를 기본 물리학을 조사하고 일반 및 극단적 인 나노 와이어에 1D 시스템의 샘플을 특성화를위한 특히 중요한 방법입니다 왜이 논문은 제시한다. 또한 라만 분광법 등 나노 와이어 및 이들 극복함으로써, 이러한 시스템에서의 라만 산란 효율의 레이저 에너지 의존성 높은 반복 측정을 달성 할 수 있도록하는 프로토콜의 특별한 어려움을 설명한다. exte 다양한가연구와 응용 프로그램을 사용할 수 또한 나노 와이어로 알려진 nded, 결정 1D 양자 시스템. 이 증기 - 액체 - 고체 성장 된 반도체 나노 와이어 2, 리소그래피 정의 나노 와이어 (3), 양극 알루미나를 포함하고 에칭 막 템플릿 나노 와이어 (4) 다른 사람을 추적 할 수 있습니다. 이러한 시스템에 대한 관심이 중요한 이유는 구성에 따라 자유롭게 이동하는 전자와 다른 음원 정보 능력 큰 양자 구속 효과를 결합한다는 것이다. 어떤면에서, 나노 와이어 인해 자유 전하 (5) 전자파 차단 등을 감소 상위 재료는 상당히 상이하고, 어떤 경우에는 탄도 수송 6 선도 전자 산란을 감소시켰다. 그러나, 많은 점에서 나노 와이어는 여전히 로컬 본딩 결정 구조 예와 같은 일괄되고, 거의 항상 원자 수준에서 전자파 함수의 기본적인 품질을 약하게하므로 대량 ​​비해 수정봉투 근사 것을 7 유효합니다. 밀폐 방향의 치수가 몇 원자 감소하지만 같은 완전히 새로운 결합을 가진 나노 와이어는 결코 이전에 본 적이 동소체 8-10을 형성 발생할 수 있습니다. 이 나노 와이어는이 감각의 극단적; 그들은 단면 11 ~ 13의 수 감소의 극단적 인 한계 그리고 그들은 극단적 인 특성 10,13,14 있습니다. 공명 라만 분광법에 착수하기 전에, 극단적 인 나노 와이어 샘플을 생성하기 위해 필요하다. 이러한 나노 와이어를 생성하기 위해 본 논문에 제시된 방법론은 단일 벽 탄소 나노 튜브로 재료의 용융 침투입니다. 용해 침투하면 가장 최근에 (즉, 풀러렌) 일부 이진 염을 연속적으로 충전 단층 카본 나노 튜브 (SWNT), 일부 분자의 도입에 대한 인기가 다른 하나의 승화를 얻기 위해 사용되는 두 고 수율 충전 프로토콜 중 하나 인 한 CsI (13). 후자의 방법은 정량 충전 근처 생성하지만,이 재료는 크게 SWNT로 도입 될 수 충전재의 수와 유형을 제한해야하는 쉽게 승화를 도입하는 것을 제한한다. 용융 침투 충전 프로토콜 조심 정량 충전 (15) 근방에 생성하기 위해 사용되며, 승화 프로토콜보다 적은 제약을 보유 할 수있다. 이들 재료가 호스트 벽 탄소 나노 튜브의 손상을 방지하기 위해, 표면 장력보다 낮은 100 ~ 200 백만 m -1 내지 약 1300 K 이하의 용융 온도를 가져야한다. 16 투과 전자 현미경 (TEM)을 카본 나노 튜브의 충전 품질을 특성화하고 생성 된 나노 극도의 결정 구조 또는 구조들을 식별하는 가장 좋은 방법이다. HRTEM 이미지에서 SWNT 매립 결정 단편의 구조를 해결하는 시험 결정 단편 모드에서 이미지 시뮬레이션 사이의 시행 착오 비교를 포함ELS와 실험적으로 얻어진 이미지의 대비. 이 논문은 자신의 분광 특성에 대한 서두로서 HRTEM 이미지 시뮬레이션에 의한 SWNT 샘플의 극단적 인 나노 와이어 모티브의 미세 구조를 확인하기위한 프로토콜을 설명합니다. 공명 라만 분광기 (17)가 이상적인 도구 모두 공진 에너지는 나노 와이어 샘플의 종류와 품질을 특성화를 위해 결정되고 나면 극단적 나노 와이어의 기본 물리학 및 이해를위한. 기본적으로, 공명 라만는 모두 광학 및 진동 여기 에너지 (17)의 직접적인 결정을 할 수 있습니다. 공진의 광자 에너지 의존성을 추가로 모델링는 전자 포논 상호 작용 (17)을 계량 할 수있다. 공명 에너지는 특히 극단적 인 나노 결정 되었으면, 나노 와이어의 라만 스펙트럼은 18 변형을 추적하는데 사용될 수 있고 구조적 위상 인해 19 변경온도, 수압 또는 와이어의 굽힘. 아직 입증하는 동안, 몇 가지 자기 극단적 인 나노 와이어에서 가진에 그들을 탐색 할 수 있도록 라만 산란으로 이어질 것 스핀 가능성이 높습니다. spectroelectrochemical 셀에 유지 샘플 라만 산란 연장 극단적 나노 튜브와 호스트 (20) 사이의 전하 전송을 검사하는데 사용될 수있다. 특성화 도구로서 라만 분광법은 나노 와이어 종류와 품질 (21)의 비접촉, 비파괴 측정하는 방법을 제공한다. 그것은 제조 및 / 또는 정제 후 샘플을 특성화하기위한 도구로서 이용 될 수있는 나노 와이어 트랜지스터 또는 적어도 부분적으로 투명 필요한 광자 에너지에있다 복합체와 같은 장치에 포함 된 경우에도. 공명 라만 산란 (RRS)에 대한 직접적인 대안을 제공 할 수있는 하나의 기술은 없다; 그러나 일부 ASPE 중첩 다른 기술의 범위에있다기능의 캐럿이 방법. 극단적 나노 UV-VIS-NIR 흡수 측정 22 쿠폰보다 간단한 기술의 광학 천이 에너지를 결정하는 조건이다. 그러나 특정 구조와 연관된 세트로 다른 광학 기능을 분리 할 수​​있는 다른 구조의 흡광의 앙상블 샘플이다. 공명 라만 산란 광과 진동 스펙트럼의 연결이 때문에 달성 할 수있다. 자외선 VIS-NIR 흡수 측정 하이라이트 공명 라만 에너지 타겟팅 된 두 기술의 조합은 상당히 전체 공정을 단축 할 수있다. 여기 광 발광 스펙트럼 (PLE) (23)는 하나의 샘플에서 상이한 광학 전이를 연결하는 기능을 제공하며; 그러나는 특히 비 - 금속 나노 와이어 일부 작동하며 RRS보다 수행 약간 덜 복잡하며 일반적으로 ENVIRO으로부터 보호 단 분산 샘플을 필요nment 완전히 성공합니다. PLE는 달리, 공명 라만 분광법은 번들과 단 분산 샘플과 동일하게 작동하기 때문에 작은 샘플 준비가 필요합니다. 아직 약간의 사용 동안, 투과 전자 현미경 (TEM) 연구 스펙트럼 범위 내에서 와이어의 광 여기 에너지를 모두 파악하고, 특정 나노 와이어 구조를 식별 할 수있는 나노 와이어의 구조를 분석 하였다 개별 나노 와이어 (24)의 레일리 산란 분광법 . 그러나,이 기술은 RRS와 가능한 진동 에너지 정보를 제공하지 않는다; 수행하는 것은 매우 도전 결코 일반적인 특성 도구로 적합 할 것 없습니다. 진동 에너지 정보의 관점에서 유일하게 현재 가능한 대안은 그러나이 진동 에너지의 다른 세트를 조사함으로써 보완이 아닌 경쟁하기 때문에 선택 규칙에, 가능성이 IR 분광법 (25)이다. 또한 IR은이야pectroscopy는 UV-VIS-NIR 흡수 측정과 같은 앙상블 샘플과 같은 문제에서 겪게됩니다. 이미 설명한 바와 같이 라만 분광법 과학 내의 광범위한 문제에 적용되어왔다. 분자 시스템에서는 재료의 조성을 분석하는 핑거 프린팅 기법으로도 진동 스펙트럼을 결정하고 대한 IR 스펙트럼을 보완하기 위해 사용된다. 그것은 널리 예를 들어 결정 시스템에 이용 된 책의 솔리드 시리즈의 광산란은 구 볼륨이 포함됩니다. 3D 및 2D 시스템의 경우, 공진 여진 표준 선택 규칙의 붕괴와 상호 작용을 정량화하는 능력 선도 라만 프로세스 내의 특정 광학 전이의 기여를 향상시키기위한 전체 산란 강도 등을 향상시키기위한 이하 사용 특정 전자 상태와 라만 스펙트럼에서 관찰의 기진. 보다 최근 라만 분광법이있다 중앙 t카본 나노 튜브, 특히 단일 벽 탄소 나노 튜브의 연구 O. 카본 나노 튜브 연구 21 (1D) 시스템의 공진이 여기 차원 및 3 차원 시스템에 대한 라만 대부분의 애플리케이션대로 선택적 아니지만 반드시 필요하다는 점을 강조하고있다. 비 공진 라만 산란이 관찰되기에 너무 약한 여진 특별히 1D 시스템의 특징있는 상태의 광학 밀도의 강한 반 호브 특이성, 공진 때만 그 때문, 임의 라만 스펙트럼 그 관찰 될 수있다. 따라서, 극단적 인 나노 와이어의 경우에는 라만 분광기의 사용은 라만 분광법이 물질을 연구에 적용되기 전에 샘플의 나노 와이어 모두의 공진을 찾기 위해 전체 공명 라만 측정을 필요로한다.

<table><tbody><tr><td>Carbon Nanotubes</td><td>Nanointegris</td><td>NI96</td><td></td></tr><tr><td>Carbon Nanotubes</td><td>Private</td><td></td><td>Synthesis described in &lt;em&gt;Eurasian Chem.-Technol. J.&lt;/em&gt;, &lt;strong&gt;5&lt;/strong&gt;, 7-18 (2005).</td></tr><tr><td>Mercury Telluride</td><td>VMR</td><td></td><td>99.999% metals basis</td></tr><tr><td>Silica Quartz Tubing</td><td>H. Baumbach &amp;amp; Co.&amp;nbsp;</td><td></td><td>Various diameters and lengths used; typically 1&amp;nbsp;cm OD, 0.8&amp;nbsp;cm ID and 8&amp;nbsp;cm long.</td></tr><tr><td>Tube furnace</td><td>Carbolite</td><td>MTF-12/38/250</td><td></td></tr><tr><td>JEOL ARM 200F&amp;nbsp;</td><td>JEOL&amp;nbsp;</td><td></td><td>200 kV High Resolution TEM Operated at 80 kV and equipped with CEOS hardware spherical aberation (Cs) imaging corrector. Cs corrected to 0.001 mm.</td></tr><tr><td>SC1000 ORIUS camera</td><td>Gatan</td><td></td><td>Size of CCD 4,008 x 2,672</td></tr><tr><td>Digital Micrograph Suite 2.31</td><td>Gatan</td><td></td><td>64 bit version</td></tr><tr><td>XMax X-ray Microanalysis&amp;nbsp;</td><td>Oxford Instruments</td><td></td><td>This detector uses the silicon drift detection (SDD) principle. 1 nm diameter electron probe.</td></tr><tr><td>Crystalmaker Ver 8.7</td><td>Crystalmaker</td><td></td><td>Used for assembling crystal fragments for image simulations</td></tr><tr><td>Nanotube Modeler</td><td>JCrystalSoft &amp;copy;2015-2015</td><td>Used for generating Nanotube models</td><td></td></tr><tr><td>SimulaTEM</td><td>Private</td><td></td><td>&lt;em&gt;Ultramicroscopy&lt;/em&gt;, &lt;strong&gt;110&lt;/strong&gt;, 95-104 (2010).</td></tr><tr><td>Verdi V8 Pump</td><td>Coherent</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mira 900 Ti:Sapphire</td><td>Coherent</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Volume Bragg Grating</td><td>Optigrate</td><td></td><td>Specfication between 680-720&amp;nbsp;nm</td></tr><tr><td>Photonetc TLS 850 LLTF&amp;nbsp;</td><td>Photonetc</td><td></td><td>Tunable between 700-1,000&amp;nbsp;nm</td></tr><tr><td>LMPLAN IR 50X Mircoscope Objective</td><td>Olympus</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cryostat</td><td>Oxford Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Triple Raman Spectrometers</td><td>Princeton Instruments</td><td></td><td>triple 600&amp;nbsp;nm using gratings 900, 900, 1,800&amp;nbsp;lines/mm</td></tr><tr><td>CCD</td><td>Princeton Instruments</td><td></td><td>deep depleted, UV enchanced liquid N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; Cooled Silicon CCD</td></tr></tbody></table>

resonance raman spectroscopy of extreme nanowires and other 1d systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

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Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

극단적 인 나노 와이어 및 기타 1D 시스템의 공명 라만 분광법

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

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15.0K 조회수.  University of Southampton. The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

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Rejection of Fluorescence Background in Resonance and Spontaneous Raman Microspectroscopy

Raman spectroscopy is often plagued by a strong fluorescent background, particularly for biological samples. If a sample is excited with a train of ultrafast pulses, a system that can temporally separate spectrally overlapping signals on a picosecond timescale can isolate promptly arriving Raman scattered light from late-arriving fluorescence light. Here we discuss the construction and operation of a complex nonlinear optical system that uses all-optical switching in the form of a low-power optical Kerr gate to isolate Raman and fluorescence signals. A single 808 nm laser with 2.4 W of average power and 80 MHz repetition rate is split, with approximately 200 mW of 808 nm light being converted to &lt; 5 mW of 404 nm light sent to the sample to excite Raman scattering. The remaining unconverted 808 nm light is then sent to a nonlinear medium where it acts as the pump for the all-optical shutter. The shutter opens and closes in 800 fs with a peak efficiency of approximately 5%. Using this system we are able to successfully separate Raman and fluorescence signals at an 80 MHz repetition rate using pulse energies and average powers that remain biologically safe. Because the system has no spare capacity in terms of optical power, we detail several design and alignment considerations that aid in maximizing the throughput of the system. We also discuss our protocol for obtaining the spatial and temporal overlap of the signal and pump beams within the Kerr medium, as well as a detailed protocol for spectral acquisition. Finally, we report a few representative results of Raman spectra obtained in the presence of strong fluorescence using our time-gating system.

We discuss the construction and operation of a complex nonlinear optical
system that uses ultrafast all-optical switching to isolate Raman from fluorescence
signals. Using this system we are able to successfully separate Raman and fluorescence
signals utilizing pulse energies and average powers that remain biologically safe.

공명과 자연 래맨 Microspectroscopy에 형광 배경 거부

Raman spectroscopy is often plagued by a strong fluorescent background, particularly for biological samples. If a sample is excited with a train of ...

연구

생체공학

Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

In recent years &pi;-conjugated organic semiconductors have emerged as the active material in a number of diverse applications including large-area, low-cost displays, photovoltaics, printable and flexible electronics and organic spin valves. Organics allow (a) low-cost, low-temperature processing and (b) molecular-level design of electronic, optical and spin transport characteristics. Such features are not readily available for mainstream inorganic semiconductors, which have enabled organics to carve a niche in the silicon-dominated electronics market. The first generation of organic-based devices has focused on thin film geometries, grown by physical vapor deposition or solution processing. However, it has been realized that organic nanostructures can be used to enhance performance of above-mentioned applications and significant effort has been invested in exploring methods for organic nanostructure fabrication.	
A particularly interesting class of organic nanostructures is the one in which vertically oriented organic nanowires, nanorods or nanotubes are organized in a well-regimented, high-density array. Such structures are highly versatile and are ideal morphological architectures for various applications such as chemical sensors, split-dipole nanoantennas, photovoltaic devices with radially heterostructured "core-shell" nanowires, and memory devices with a cross-point geometry. Such architecture is generally realized by a template-directed approach. In the past this method has been used to grow metal and inorganic semiconductor nanowire arrays. More recently &pi;-conjugated polymer nanowires have been grown within nanoporous templates. However, these approaches have had limited success in growing nanowires of technologically important &pi;-conjugated small molecular weight organics, such as tris-8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), rubrene and methanofullerenes, which are commonly used in diverse areas including organic displays, photovoltaics, thin film transistors and spintronics.	
Recently we have been able to address the above-mentioned issue by employing a novel "centrifugation-assisted" approach. This method therefore broadens the spectrum of organic materials that can be patterned in a vertically ordered nanowire array. Due to the technological importance of Alq3, rubrene and methanofullerenes, our method can be used to explore how the nanostructuring of these materials affects the performance of aforementioned organic devices. The purpose of this article is to describe the technical details of the above-mentioned protocol, demonstrate how this process can be extended to grow small-molecular organic nanowires on arbitrary substrates and finally, to discuss the critical steps, limitations, possible modifications, trouble-shooting and future applications.

We report a simple method for fabricating an ultrahigh density array of vertically ordered small-molecular organic nanowires. This method allows for synthesis of complex heterostructured hybrid nanowire geometries, which can be inexpensively grown on arbitrary substrates. These structures have potential applications in organic electronics, optoelectronics, chemical sensing, photovoltaics and spintronics.

임의 기판에 수직으로 정렬 작은 분자 유기 나노 와이어의 초 밀도 배열

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

공학

Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing its free spectral range (FSR), the module is put in parallel with a fiber taper-microcavity system and then calibrated through isolating and eliminating random shifts in the laser frequency (i.e. laser jitter noise). To realize the taper-microcavity junction and to maximize the optical power that is transferred to the resonator, a single-mode optical fiber waveguide is pulled. Solutions containing polystyrene nanobeads are then prepared and flown to the microcavity in order to demonstrate the system&#8217;s ability to sense binding to the surface of the microcavity. Data is post-processed via adaptive curve fitting, which allows for high-resolution measurements of the quality factor as well as the plotting of time-dependent parameters, such as resonant wavelength and split frequency shifts. By carefully inspecting steps in the time-domain response and shifting in the frequency-domain response, this instrument can quantify discrete binding events.

A reference interferometer technique, which is designed to remove undesirable laser jitter noise for nanodetection, is utilized for probing an ultra-high quality factor microcavity. Instructions for assembly, setup, and data acquisition are provided, alongside the measurement process for specifying the cavity quality factor.

Nanodetection에 대한 참조 간섭계의 구현

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The common techniques used for the size analysis are transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence spectroscopy (PL). These techniques, however, are not suitable for analyzing the nanocrystal size distribution in a fast, non-destructive and a reliable manner at the same time. Our aim in this work is to demonstrate that size distribution of semiconductor nanocrystals that are subject to size-dependent phonon confinement effects, can be quantitatively estimated in a non-destructive, fast and reliable manner using Raman spectroscopy. Moreover, mixed size distributions can be separately probed, and their respective volumetric ratios can be estimated using this technique. In order to analyze the size distribution, we have formulized an analytical expression of one-particle PCM and projected it onto a generic distribution function that will represent the size distribution of analyzed nanocrystal. As a model experiment, we have analyzed the size distribution of free-standing silicon nanocrystals (Si-NCs) with multi-modal size distributions. The estimated size distributions are in excellent agreement with TEM and PL results, revealing the reliability of our model.

We demonstrate how to determine the size distribution of semiconductor nanocrystals in a quantitative manner using Raman spectroscopy employing an analytically defined multi-particle phonon confinement model. Results obtained are in excellent agreement with the other size analysis techniques like transmission electron microscopy and photoluminescence spectroscopy.

다중 입자 Phonon은 감금 모델 라만 분광학을 이용하여 나노 결정 크기 분포의 특성

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

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

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

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

Microspherical 위스퍼 링 갤러리 모드 공진기에 자극 스톡스와 Antistokes 라만 산란

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

Implementation of a Nonlinear Microscope Based on Stimulated Raman Scattering

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. SRS imaging modality can be obtained using commercial laser-scanning microscopes by equipping with a non-descanned forward detector with proper bandpass filters and lock-in amplifier (LIA) detection scheme. A schematic layout of a typical SRS microscope includes the following: two pulsed laser beams, (i.e., the pump and probe directed in a scanning microscope), which must be overlapped in both space and time at the image plane, then focused by a microscope objective into the sample through two scanning mirrors (SMs), which raster the focal spot across an x-y plane. After interaction with the sample, transmitted output pulses are collected by an upper objective and measured by a forward detection system inserted in an inverted microscope. Pump pulses are removed by a stack of optical filters, whereas the probe pulses that are the result of the SRS process occurring in the focal volume of the specimen are measured by a photodiode (PD). The readout of the PD is demodulated by the LIA to extract the modulation depth. A two-dimensional (2D) image is obtained by synchronizing the forward detection unit with the microscope scanning unit. In this paper, the implementation of an SRS microscope is described and successfully demonstrated, as well as the reporting of label-free images of polystyrene beads with diameters of 3 &#181;m. It is worth noting that SRS microscopes are not commercially available, so in order to take advantage of these characteristics, the homemade construction is the only option. Since SRS microscopy is becoming popular in many fields, it is believed that this careful description of the SRS microscope implementation can be very useful for the scientific community.

In this manuscript, the implementation of a stimulated Raman scattering (SRS) microscope, obtained by the integration of an SRS experimental set-up with a laser scanning microscope, is described. The SRS microscope is based on two femtosecond (fs) laser sources, a Ti-Sapphire (Ti:Sa) and synchronized optical parametric oscillator (OPO).

자극된 라만 산란을 기반으로 한 비선형 현미경 구현

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. ...

Ultrafast Time-resolved Near-IR Stimulated Raman Measurements of Functional &#960;-conjugate Systems

Femtosecond time-resolved stimulated Raman spectroscopy is a promising method of observing the structural dynamics of short-lived transients with near infrared (near-IR) transitions, because it can overcome the low sensitivity of spontaneous Raman spectrometers in the near-IR region. Here, we describe technical details of a femtosecond time-resolved near-IR multiplex stimulated Raman spectrometer that we have recently developed. A description of signal generation and optimization, measurement, data acquisition, and calibration and correction of recorded data is provided as well. We present an application of our spectrometer to analyze the excited-state dynamics of &#946;-carotene in toluene solution. A C=C stretch band of &#946;-carotene in the second lowest excited singlet (S2) state and the lowest excited singlet (S1) state is clearly observed in the recorded time-resolved stimulated Raman spectra. The femtosecond time-resolved near-IR stimulated Raman spectrometer is applicable to the structural dynamics of &#960;-conjugate systems from simple molecules to complex materials.

Details of signal generation and optimization, measurement, data acquisition, and data handling for a femtosecond time-resolved near-IR stimulated Raman spectrometer are described. A near infrared stimulated Raman study on the excited-state dynamics of &#946;-carotene in toluene is shown as a representative application.

기능성 π-컨쥬게이트 시스템의 초고속 시간 해결 근거리 자극 라만 측정

Femtosecond time-resolved stimulated Raman spectroscopy is a promising method of observing the structural dynamics of short-lived transients with near ...

화학

전기화학적 방법을 이용한 단일 나노입자의 이종 성능 분석

Tracking Electrochemistry on Single Nanoparticles with Surface-Enhanced Raman Scattering Spectroscopy and Microscopy

Studying electrochemical reactions on single nanoparticles is important to understand the heterogeneous performance of individual nanoparticles. This nanoscale heterogeneity remains hidden during the ensemble-averaged characterization of nanoparticles. Electrochemical techniques have been developed to measure currents from single nanoparticles but do not provide information about the structure and identity of the molecules that undergo reactions at the electrode surface. Optical techniques such as surface-enhanced Raman scattering (SERS) microscopy and spectroscopy can detect electrochemical events on individual nanoparticles while simultaneously providing information on the vibrational modes of electrode surface species. In this paper, a protocol to track the electrochemical oxidation-reduction of Nile Blue (NB) on single Ag nanoparticles using SERS microscopy and spectroscopy is demonstrated. First, a detailed protocol for fabricating Ag nanoparticles on a smooth and semi-transparent Ag film is described. A dipolar plasmon mode aligned along the optical axis is formed between a single Ag nanoparticle and Ag film. The SERS emission from NB fixed between the nanoparticle and the film is coupled into the plasmon mode, and the high-angle emission is collected by a microscope objective to form a donut-shaped emission pattern. These donut-shaped SERS emission patterns allow for the unambiguous identification of single nanoparticles on the substrate, from which the SERS spectra can be collected. In this work, a method for employing the SERS substrate as a working electrode in an electrochemical cell compatible with an inverted optical microscope is provided. Finally, tracking the electrochemical oxidation-reduction of NB molecules on an individual Ag nanoparticle is shown. The setup and the protocol described here can be modified to study various electrochemical reactions on individual nanoparticles.

저자 스포트라이트: Tracking Electrochemistry on Single Nanoparticles with Surface-Enhanced Raman Scattering Spectroscopy and Microscopy(표면 강화 라만 산란 분광법 및 현미경을 사용한 단일 나노입자에 대한 전기화학 추적)  

The protocol describes how to monitor electrochemical events on single nanoparticles using surface-enhanced Raman scattering spectroscopy and imaging.

Surface-Enhanced Raman Scattering Spectroscopy and Microscopy를 사용한 단일 나노입자의 전기화학 추적

Studying electrochemical reactions on single nanoparticles is important to understand the heterogeneous performance of individual nanoparticles. This ...

극단적 인 나노 와이어 및 기타 1D 시스템의 공명 라만 분광법

요약

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Microspherical 위스퍼 링 갤러리 모드 공진기에 자극 스톡스와 Antistokes 라만 산란

자극된 라만 산란을 기반으로 한 비선형 현미경 구현

기능성 π-컨쥬게이트 시스템의 초고속 시간 해결 근거리 자극 라만 측정

Surface-Enhanced Raman Scattering Spectroscopy and Microscopy를 사용한 단일 나노입자의 전기화학 추적

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Surface-Enhanced Raman Scattering Spectroscopy and Microscopy를 사용한 단일 나노입자의 전기화학 추적