Name: fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithography
Uploaded: 2017-09-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
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이 연구에는 평화로운 북 서 국립 연구소 (PNNL), Battelle 기념탑 학회 운영에 대 한 학과의 에너지 (DOE) 계약 번호에서 수행 되었다 드-AC05-76RL01830입니다. 저자는 기꺼이 부처간 계약 SIAA15AVCVPO10 아래의 키 확인 자산 펀드 (V 기금)를 통해 미 국무부의 지원을 인정 한다.

1. 재료 준비 <ol><li>청소를 위해 석 영 캐리어에 여러 2 인치 실리콘 웨이퍼를 배치 하 고 플라즈마 에칭 시스템에 실리콘 웨이퍼를 로드. 적어도 75 mTorr 도달할 때까지 아래로 진공 챔버를 펌프. 이 분 정도 걸릴 수 있습니다.</li>
	<li>O 2 (30 sccm) 가스의 흐름을 시작 하 고 안정 압력 허용. 15 분을 식 각 시간을 설정 합니다. 챔버 압력 안정화는 일단 시작 고주파 (RF) 13.56 m h z 250 W 플라즈마. 
	참고:이 단계는 어떤 유기의 실리콘 웨이퍼를 청소 오염 및 functionalizes는 표면으로 hydroxylated (-오) 친수성 표면 보장 하는 moieties.</li>
	<li>대기 플라즈마 청소 완료 단계 동안 냉장고 (4 ° C)에서 상업적으로 구입한 폴리스 티 렌 나노 (170 nm 직경, 10% 고체, 0.5% 나트륨 라우릴 황산 염)을 제거 합니다. 실내 온도를 따뜻하게 컨테이너 허용.</li>
	<li>짧게 (1 분)와 동 sonicate (35 kHz, 1 분) 나노 응집을 최소화 하기 위해 폴리스 티 렌 나노와.</li>
	<li>깨끗 한 유리 유리병에 170 nm 폴리스 티 렌 나노의 1.0 mL를 측정 하 고 H 2 O를 5% 고체 콜 로이드 현 탁 액 1.0 mL를 추가.</li>
	<li>15 분 후 O 2의 흐름을 중지, 진공 챔버, 환기 하 고 갓 청소 웨이퍼 제거.</li>
</ol> 2. 스핀-코팅의 폴리스 티 렌 나노 템플릿 <ol><li>언로드 청소 실리콘 웨이퍼는 플라즈마 에칭에서. 다음 스핀 coater에 2 인치 웨이퍼를 탑재 합니다. O-링은 모든 파편의 분명 제대로 중심으로 확인 합니다. 진공을 시작 하 고 웨이퍼 무대에 단단히 연결 되어 있는지 확인 하십시오.</li>
	<li>는 Spin coater의 스핀 매개 변수를 설정합니다. 이 매개 변수는 우선 크기에 따라 다릅니다. 5 %170 nm 나노 솔루션에 대 한 준비가 스핀 coater 스핀 시간 1 분, 3000 rpm의 속도 2000 rpm의 가속도의 1 단계 과정/s.</li>
	<li>철회 일회용 주사기를 사용 하 여, ~ 1 mL 유리병에서 콜 로이드 서 스 펜 션의. 유리병을 따로 설정 합니다. 5 µ m 주사기 필터 하 고 주사기의 끝에 그것을 배치. 될 때까지 현 탁 액의 물방울 팁 주사기를 우울. 필터 제거 바람직하지 않은 집계 하 고 미 립 자는 크게 영화 품질을 줄일 수 있습니다.</li>
	<li>표면의 약 2/3를 커버 하는 웨이퍼의 센터에 직접 충분 한 서 스 펜 션 입금. 그 영화 품질에 영향을 줄 수 있기 때문에 거품을 최소화 하십시오. Spin coater 뚜껑을 닫고 시작을 누릅니다. 이 과정 동안, 나노 자기 조립으로 웨이퍼의 표면에 박막의 간섭 효과 볼 수 수 있습니다. 이 나노 직경에 따라 달라 집니다.</li>
	<li>진공 비활성화 후 스핀 코팅 된 웨이퍼를 제거 합니다. 그릇과 뚜껑 제거 초과 나노 스핀 coater 닦아.</li>
</ol> 3. 영화 품질 평가 및 에칭에 대 한 준비 <ol><li>시각적으로 줄무늬 또는 스핀 코팅 과정에서 미 립 자에 의해 발생 되어 수 구멍 등 눈에 띄는 결함을 찾고 자기 조립 필름의 품질 평가.</li>
	<li>광학 현미경 웨이퍼를 배치 하 여 영화 품질을 평가 합니다. 결정 입자 경계 그리고 몇몇 결함은 정상입니다. 웨이퍼 큰 uncoated 지역 또는 명백한 다층 경우 더 균일 한 필름을 얻기 위해 스핀 매개 변수를 조정할 필요가 있다. 전자 현미경도 영화 품질을 평가 하기 위해 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>20 X 목표를 사용 하 여 실리콘 웨이퍼의 표면에는 현미경와 광원 설정. 균일성을 보장 하기 위해 웨이퍼에 걸쳐 여러 장소에서 품질 평가.</li>
	<li>최종 필름 품질 체크는 나노를 시각화 하기 위해 스캐닝 전자 현미경 (SEM)을 사용 하는 자기 조립는 nanoscale에. 상대적으로 신속 하 게이 기술을 사용 하 여 웨이퍼의 작은 부분에 걸쳐 다층, 구멍, 및 곡물 경계/결함의 정도 평가 하는 것이 가능 하다.</li>
	<li>충분 한 영화를 얻은 일단 오븐 (107 ° C)에 2 분 anneal 자기 조립된 나노 웨이퍼를 놓습니다. 이 기판에 접착을 장려 하는 데 도움이 하 고 에칭 후 더 나은 nanopatterned 표면 생성.</li>
</ol> 4. 에칭, 금속 증 착, 및 광학 특성 <ol><li>플라즈마 에칭으로 단련 된 웨이퍼를 로드 하 고 시작 프로세스 펌프.</li>
	<li>진공 챔버에 도달 하면 적어도 75 mTorr, O 2 (20 sccm) 가스의 흐름을 시작 하 고 안정화 하는 압력에 대 한 기다립니다. 165에 대 한 RF 플라즈마 (75 W) 시작 s.</li>
	<li>RF 플라즈마 주기 완료 되 면 O 2의 흐름을 중지 하 고 챔버 환기.</li>
	<li>기판은 지금 에칭 하 고 준비 금속 증 착 이다. 스퍼터 coater 샘플을 전송 하 고 얇은 예금 (20 nm) 골드의 레이어. 증 착 각도 변화는 nanocups의 광학 속성을 변경 하려면 사용할 수 있습니다. 이 경우에, 금속 증 착 기판에 일반적으로 사건 수행 했다.</li>
	<li>금속 증 착, 후 기판의 특징 수 있습니다 광학 분광학을 사용 하 여. 금속을 입힌 기판의 표면에 microspectrophotometer 고 반사율 스펙트럼을 측정. 170 nm 에칭 나노 배열에 대 한는 LSPR 했다 615 nm.</li>
	<li>사용 압력에 민감한 접착 테이프, 부드럽게 기판 접촉 영화를 놓습니다. 그것은 형성 하는 핀셋을 사용 하 여 인터페이스에서 모든 기포를 제거 해야 할 수 있습니다.</li>
	<li>테이프는 기판에 접촉 되 면, 테이프 수 수 즉시 벗 겨는 nanocups 기판 표면에서 제거 하. 부드럽게 껍질 다시 테이프와 결과 금 nanocups의 유연 하 고 멀 영화.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Fang, Y., Sun, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoplasmonic+waveguides:+towards+applications+in+integrated+nanophotonic+circuits.">Nanoplasmonic waveguides: towards applications in integrated nanophotonic circuits.</a> Light Sci Appl. 4, e294 (2015).</li><li>Li, J. F., Anema, J. R., Wandlowski, T., Tian, Z. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+shell+isolated+and+graphene+shell+isolated+nanoparticle+enhanced+Raman+spectroscopies+and+their+applications.">Dielectric shell isolated and graphene shell isolated nanoparticle enhanced Raman spectroscopies and their applications.</a> Chemical Society Reviews. 44 (23), 8399-8409 (2015).</li><li>Wang, L., 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=Large+Area+Plasmonic+Color+Palettes+with+Expanded+Gamut+Using+Colloidal+Self-Assembly.">Large Area Plasmonic Color Palettes with Expanded Gamut Using Colloidal Self-Assembly.</a> ACS Photonics. , (2016).</li><li>Taylor, A. B., Michaux, P., Mohsin, A. S. M., Chon, J. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron-beam+lithography+of+plasmonic+nanorod+arrays+for+multilayered+optical+storage.">Electron-beam lithography of plasmonic nanorod arrays for multilayered optical storage.</a> Optics Express. 22 (11), 13234-13243 (2014).</li><li>Endo, H., Mochizuki, Y., Tamura, M., Kawai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+Functionalization+of+Periodically+Aligned+Metallic+Nanocup+Arrays+Using+Colloidal+Lithography+with+a+Sinusoidally+Wrinkled+Substrate.">Fabrication and Functionalization of Periodically Aligned Metallic Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography with a Sinusoidally Wrinkled Substrate.</a> Langmuir. 29 (48), 15058-15064 (2013).</li><li>Wang, 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=Symmetry+breaking+in+individual+plasmonic+nanoparticles.">Symmetry breaking in individual plasmonic nanoparticles.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (29), 10856-10860 (2006).</li><li>Wollet, L., 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=Plasmon+hybridization+in+stacked+metallic+nanocups.">Plasmon hybridization in stacked metallic nanocups.</a> Optical Materials Express. 2 (10), 1384-1390 (2012).</li><li>Duempelmann, L., Casari, D., Luu-Dinh, A., Gallinet, B., Novotny, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Color+Rendering+Plasmonic+Aluminum+Substrates+with+Angular+Symmetry+Breaking.">Color Rendering Plasmonic Aluminum Substrates with Angular Symmetry Breaking.</a> ACS Nano. 9 (12), 12383-12391 (2015).</li><li>King, N. S., 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=Angle-+and+Spectral-Dependent+Light+Scattering+from+Plasmonic+Nanocups.">Angle- and Spectral-Dependent Light Scattering from Plasmonic Nanocups.</a> ACS Nano. 5 (9), 7254-7262 (2011).</li><li>Mirin, N. A., Halas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-Bending+Nanoparticles.">Light-Bending Nanoparticles.</a> Nano Letters. 9 (3), 1255-1259 (2009).</li><li>Eggleston, M. S., Messer, K., Zhang, L., Yablonovitch, E., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+antenna+enhanced+spontaneous+emission.">Optical antenna enhanced spontaneous emission.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (6), 1704-1709 (2015).</li><li>Bora, 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=Plasmonic+black+metals+in+resonant+nanocavities.">Plasmonic black metals in resonant nanocavities.</a> Applied Physics Letters. 102 (25), 251105 (2013).</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=Efficient+Nanosecond+Photoluminescence+from+Infrared+PbS+Quantum+Dots+Coupled+to+Plasmonic+Nanoantennas.">Efficient Nanosecond Photoluminescence from Infrared PbS Quantum Dots Coupled to Plasmonic Nanoantennas.</a> ACS Photonics. , (2016).</li></ol>

저자는 공개 없다.

이 프로토콜 plasmonic 골드 nanocups의 주기적인 배열을 날조를 위한 저비용 고 효율적인 기법을 보여 줍니다. 이 기술은 전자 빔 리소 그래피 등 집중 된 이온 살 직렬 하향식 과정을 피할 수 있기 때문에 특히 유리 하다 밀링. 발표 기술 상용 고분자 나노 자동 추가 처리를 위해 나노 크기의 서식 파일을 간단한 방식으로 조립 될 수 있다 보여줍니다.
수정 및 문제 해결:</stron...

하위 회절 제한 回, 향상 된 화학 탐지, 및 광학 감지1와 같은 다양 한 흥미로운 기술에 대 한 향상 된 nanofabrication 및 합성 기술을 함께 염료의 출현이 가져왔다 ,2,3. 이 프로토콜, 상용 고분자 나노 금속 증 착 다음 한 에칭 단계를 사용 하 여 nanopatterned plasmonic 기판 조립 수 있는 확장 가능 하 고 상대적으로 낮은 비용 기술을 보여 줍니다. Nanopatterned 기판, 전자 빔 리소 그래피4, 같은 날조를 위한 다른 기법과 달리이 기술을 신속 하 고 효율적으로 확장할 수 있습니다 300mm 웨이퍼를와 넘어 최소의 노력와 사용 하는 전송 단계 유연 생산 하 고 등각 영화5.
로마 시대부터 우리는 그들은 정밀 하 게 분할 된다 때 특정 금속 금색과 은색 같은 화려한 광학 속성을 가질 수 있습니다 알려져 있다. 오늘, 우리는 이러한 금속 입자 효과 "지역화 표면 플라스몬 공명" 라는 전시 이해 (LSPR) 그들의 크기는 nanoscale에 접근 하는 때. LSPR는 서 파를 약하게 바인딩된 전자 금속에서 진동 coherently 때 특정 주파수의 빛 조명 금속 입자를 유사 합니다. 이방성 nanostructures 독특한 광학 공명 대칭6,,78파괴의 결과로 나타날 수 있는 때문에 특히 관심이 있습니다.
반-쉘 (nanocup) 구조 빛의 조명 전기 쌍 극 자 또는 금속, 입사광, 관련 기판의 방향의 증 착 각도 등 요인에 따라 자기 쌍 극 자 플라스몬 모드 자극 수 그리고 사건 빛9양극 화가 고 Nanocups 3 차원 분할 링 공 진 기, 공명 주파수 수 LC 발진기10,11로 접근에 유사한 고려 종종 있다. 여기에 사용 되는 고분자 나노의 크기에 대 한 공 진 주파수 (170 nm), 기 탁 금 금액 (20 nm), etch 속도 얻을 보이는 스패닝 공명 주파수와 적외선 근처
전송 또는 반사, 스핀 코팅에 사용 되는 기판에 따라 금 nanocups의 광학 속성을 측정할 수 있습니다. 제시 프로토콜에서 우리 2 인치 실리콘 웨이퍼 기판으로 사용 하 여 금속 증 착 후 반사율 측정을 수행 하기로 했다. 측정은 현미경 분산 분 광 기를 결합 하는 할로겐 광원으로 사용 하 여 수행 했다. 우리는 또한 금속 증 착 직후 전송 및 반사 측정에 대 한 수 있도록 유리 기판를 사용 하 여 성공을 했다. 또한,이 기술은 쉽게 확장할 수 있습니다 그리고 2 인치 웨이퍼에 국한 되지 않습니다. 높은-품질 단 분산 고분자 나노의 넓은 상업적인 가용성은 단순히 다르게 크기의 나노로 시작 하 여 이러한 구조의 광학 속성을 조정 하는 간단.
이 프로토콜 이방성 반-셸 (또는 nanocup) 골드 nanostructures 콜 로이드 리소 그래피 라는 메서드를 사용 하 여 증명을 조작 하는 기술. 콜 로이드 리소 그래피 신속 하 게 처리할 수 있는 추가 plasmonic 기판에 스퍼터 황금의 얇은 층을 코팅 후 기판 패턴의 높은 단 분산 고분자 나노 자기 조립 사용 합니다. 마찬가지로, 기판의 이방성 샘플 기판 금속 증 착 하는 동안 기울이기로 조정 가능 하다. 결과 구조는 분극 구분 형성된 nanostructure의 이방성 때문에. 여기, 하나의 특정 설명 케이스 및 광학 특성 및 구조를 투명 하 고 유연한 필름을 전송 하는 이륙 수행.

<table><tbody><tr><td>Polystyrene microspheres</td><td>Bangs Laboratories, Inc.</td><td>PS02N</td><td>170 nm &amp;ndash; 580 nm diameter</td></tr><tr><td>Silicon wafers</td><td>El-CAT, Inc.</td><td>3489</td><td>300 mm thick, one side polished [100]</td></tr><tr><td>Adhesive tape</td><td>3M</td><td>Scotch 600</td><td></td></tr><tr><td>Spin coater</td><td>Laurell</td><td>WS-650-23B</td><td></td></tr><tr><td>Plasma etcher</td><td>Nordson March&amp;nbsp;</td><td>AP-600</td><td></td></tr><tr><td>Microspectrophotometer</td><td>CRAIC</td><td>380-PV</td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>VWR</td><td>97043-932</td><td></td></tr><tr><td>Scintillation vials</td><td>Wheaton</td><td>986734</td><td></td></tr><tr><td>5 um syringe filter</td><td>Millex</td><td>SLSV025LS</td><td></td></tr><tr><td>Oxygen gas</td><td>Oxarc</td><td>PO249&amp;nbsp;</td><td>Industrial Grade 99.5% purity</td></tr><tr><td>Vaccum pump</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Edwards 28</td><td></td></tr><tr><td>Disposable syringes</td><td>Air Tite Products Co.</td><td>14-817-25</td><td>1 mL capacity</td></tr><tr><td>Water</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>W4502</td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithography

최근 몇 년 동안, 내 염료 분야 연구원은 화학 및 광학 감지 함께 새로운 nanofabrication 기법에 관련 된 흥미로운 응용 프로그램 증명으로 폭발 했다. 플라스몬 나노 금속 금과 독특한 광학 특성을 빌려주는 충전 밀도 진동의 양자 이다. 특히, 골드 및 실버 나노 입자는 보이는 스펙트럼에서 나노 입자의 표면에 지역화 된 표면 플라스몬 공명-집단 충전 밀도 진동 전시. 여기, 우리는 이방성 plasmonic nanostructures의 주기적인 배열 제작에 초점. 이러한 반-셸 (또는 nanocup) 구조 추가 독특한 빛 굽 힘 및 분극 의존 전시 수 있습니다 광학 속성을 간단한 등방성 nanostructures 수 없습니다. 연구원은 다양 한 저가 광학 장치, 표면 강화 라만 같은 응용 프로그램에 대 한 nanocups의 주기적인 배열 제작에 관심이 비 산, 그리고 표시를 조작. 우리는 콜 로이드 리소 그래피는 스핀 코팅을 사용 하 여 nanocups의 큰 주기적 배열을 쉽게 날조 하 고 상용 고분자 나노 자기 조립에 따라 확장 가능한 기법 제시. 전자 현미경과 광학 분광학 적외선 근처 (근처-적외선)를 볼 수에서 성공적인 nanocup 제조 확인 위해 수행 되었습니다. 우리는 유연 하 고, 등각 접착 필름 nanocups의 전송의 데모와 결론.

골드 nanocups 170 nm 직경 폴리스 티 렌 나노를 사용 하 여 준비 되었다. 107 ° C에서 2 분 동안 어 닐 링 및 165 대 75 W, 20 sccm O2 플라즈마 에칭 후 s, 결과 영화는 SEM (그림 1)를 사용 하 여 특징 이었다. 스핀-casted 영화의 품질을 평가, 시각적 검사-5 월에 광학 현미경 검사 법에 추가 될 사용 (그림 2). 높은-품질 영화 본질적으로 ?...

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Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

우리는 콜 로이드 석판 기법을 사용 하 여 정기적 금 nanocup 배열의 제조를 설명 하 고 nanoplasmonic 영화의 중요성을 논의.

콜 로이드 리소 그래피를 사용 하 여 정기적 금 Nanocup 배열의 제작

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

7.1K 조회수.  Energy and Environment Directorate. 우리는 콜 로이드 석판 기법을 사용 하 여 정기적 금 nanocup 배열의 제조를 설명 하 고 nanoplasmonic 영화의 중요성을 논의.

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A Technique to Functionalize and Self-assemble Macroscopic Nanoparticle-ligand Monolayer Films onto Template-free Substrates

This protocol describes a self-assembly technique to create macroscopic monolayer films composed of ligand-coated nanoparticles1,2. The simple, robust and scalable technique efficiently functionalizes metallic nanoparticles with thiol-ligands in a miscible water/organic solvent mixture allowing for rapid grafting of thiol groups onto the gold nanoparticle surface. The hydrophobic ligands on the nanoparticles then quickly phase separate the nanoparticles from the aqueous based suspension and confine them to the air-fluid interface. This drives the ligand-capped nanoparticles to form monolayer domains at the air-fluid interface.&#160; The use of water-miscible organic solvents is important as it enables the transport of the nanoparticles from the interface onto template-free substrates.&#160; The flow is mediated by a surface tension gradient3,4 and creates macroscopic, high-density, monolayer nanoparticle-ligand films.&#160; This self-assembly technique may be generalized to include the use of particles of different compositions, size, and shape and may lead to an efficient assembly method to produce low-cost, macroscopic, high-density, monolayer nanoparticle films for wide-spread applications.

A simple, robust and scalable technique to functionalize and self-assemble macroscopic nanoparticle-ligand monolayer films onto template-free substrates is described in this protocol.

템플릿이없는 기판에 육안 나노 입자 - 리간드 단층 필름을 기능화 및 자기 조립 기술

This protocol describes a self-assembly technique to create macroscopic monolayer films composed of ligand-coated nanoparticles1,2. The simple, robust and ...

연구

화학

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and entanglement, to solve certain problems exponentially faster than with the best known algorithms on a classical computer. Gate-defined lateral quantum dots on GaAs/AlGaAs are one of many avenues explored for the implementation of a qubit. When properly fabricated, such a device is able to trap a small number of electrons in a certain region of space. The spin states of these electrons can then be used to implement the logical 0 and 1 of the quantum bit. Given the nanometer scale of these quantum dots, cleanroom facilities offering specialized equipment- such as scanning electron microscopes and e-beam evaporators- are required for their fabrication. Great care must be taken throughout the fabrication process to maintain cleanliness of the sample surface and to avoid damaging the fragile gates of the structure. This paper presents the detailed fabrication protocol of gate-defined lateral quantum dots from the wafer to a working device. Characterization methods and representative results are also briefly discussed. Although this paper concentrates on double quantum dots, the fabrication process remains the same for single or triple dots or even arrays of quantum dots. Moreover, the protocol can be adapted to fabricate lateral quantum dots on other substrates, such as Si/SiGe.

This paper presents a detailed fabrication protocol for gate-defined semiconductor lateral quantum dots on gallium arsenide heterostructures. These nanoscale devices are used to trap few electrons for use as quantum bits in quantum information processing or for other mesoscopic experiments such as coherent conductance measurements.

게이트 정의 갈륨 비소 / AlGaAs 측면 양자점 나노

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

공학

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, ...

Synthesis, Assembly, and Characterization of Monolayer Protected Gold Nanoparticle Films for Protein Monolayer Electrochemistry

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently incorporated into film assemblies that serve as adsorption platforms for protein monolayer electrochemistry (PME). PME is utilized as the model system for studying electrochemical properties of redox proteins by confining them to an adsorption platform at a modified electrode, which also serves as a redox partner for electron transfer (ET) reactions. Studies have shown that gold nanoparticle film assemblies of this nature provide for a more homogeneous protein adsorption environment and promote ET without distance dependence compared to the more traditional systems modified with alkanethiol self-assembled monolayers (SAM).1-3 In this paper, MPCs functionalized with hexanethiolate ligands are synthesized using a modified Brust reaction4 and characterized with ultraviolet visible (UV-Vis) spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), and proton (1H) nuclear magnetic resonance (NMR). MPC films are assembled on SAM modified gold electrode interfaces by using a "dip cycle" method of alternating MPC layers and dithiol linking molecules. Film growth at gold electrode is tracked electrochemically by measuring changes to the double layer charging current of the system. Analogous films assembled on silane modified glass slides allow for optical monitoring of film growth and cross-sectional TEM analysis provides an estimated film thickness. During film assembly, manipulation of the MPC ligand protection as well as the interparticle linkage mechanism allow for networked films, that are readily adaptable, to interface with redox protein having different adsorption mechanism. For example, Pseudomonas aeruginosa azurin (AZ) can be adsorbed hydrophobically to dithiol-linked films of hexanethiolate MPCs and cytochrome c (cyt c) can be immobilized electrostatically at a carboxylic acid modified MPC interfacial layer. In this report, we focus on the film protocol for the AZ system exclusively. Investigations involving the adsorption of proteins on MPC modified synthetic platforms could further the understanding of interactions between biomolecules and man-made materials, and consequently aid the development of biosensor schemes, ET modeling systems, and synthetic biocompatible materials.5-8

Alkanethiolate stabilized gold colloids known as monolayer protected clusters (MPCs) are synthesized, characterized, and assembled into thin films as an adsorption interface for protein monolayer electrochemistry of simple redox protein like Pseudomonas aeruginosa azurin (AZ) and cytochrome c (cyt c).

Monolayer의 합성, 조립, 그리고 특성화는 단백질 Monolayer의 전기에 대한 골드 Nanoparticle 필름을 보호

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently ...

생체공학

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

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

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

플라즈몬과 나노 포토닉스의 응용 프로그램에 대한 Nanopatch 안테나의 콜로이드 합성

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

Microfabrication of Nanoporous Gold Patterns for Cell-material Interaction Studies

Nanostructured materials with feature sizes in tens of nanometers have enhanced the performance of several technologies, including fuel cells, biosensors, biomedical device coatings, and drug delivery tools. Nanoporous gold (np-Au), produced by a nano-scale self-assembly process, is a relatively new material that exhibits large effective surface area, high electrical conductivity, and catalytic activity. These properties have made np-Au an attractive material to scientific community. Most studies on np-Au employ macro-scale specimens and focus on fundamental science of the material and its catalytic and sensor applications. The macro-scale specimens limit np-Au's potential in miniaturized systems, including biomedical devices. In order to address these issues, we initially describe two different methods to micropattern np-Au thin films on rigid substrates. The first method employs manually-produced stencil masks for creating millimeter-scale np-Au patterns, while the second method uses lift-off photolithography to pattern sub-millimeter-scale patterns. As the np-Au thin films are obtained by sputter-deposition process, they are compatible with conventional microfabrication techniques, thereby amenable to facile integration into microsystems. These systems include electrically-addressable biosensor platforms that benefit from high effective surface area, electrical conductivity, and gold-thiol-based surface bioconjugation. We describe cell culture, immunostaining, and image processing techniques to quantify np-Au's interaction with mammalian cells, which is an important performance parameter for some biosensors. We expect that the techniques illustrated here will assist the integration of np-Au in platforms at various length-scales and in numerous applications, including biosensors, energy storage systems, and catalysts.

We report on techniques to micropattern nanoporous gold thin films via stencil printing and photolithography, as well as methods to culture cells on the microfabricated patterns. In addition, we describe image analysis methods to characterize morphology of the material and the cultured cells using scanning electron and fluorescence microscopy techniques.

세포 물질의 상호 작용 연구를위한 나노 기공 골드 패턴의 미세

Nanostructured materials with feature sizes in tens of nanometers have enhanced the performance of several technologies, including fuel cells, biosensors, ...

Large Area Substrate-Based Nanofabrication of Controllable and Customizable Gold Nanoparticles Via Capped Dewetting

Recent scientific advances in the utilization of metallic nanoparticle for enhanced energy conversion efficiency, improved optical device performance, and high-density data storage have demonstrated the potential benefit of their use in industrial applications. These applications require precise control over nanoparticle size, spacing, and sometimes shape. These requirements have resulted in the use of time and cost intensive processing steps to produce nanoparticles, thus making the transition to industrial application unrealistic. This protocol will resolve this issue by providing a scalable and affordable method for the large-area production of nanoparticle films with improved nanoparticle control compared to the current techniques. In this article, the process will be demonstrated with gold, but other metals can also be used.

This protocol details a novel nano-manufacturing technique that can be used to make controllable and customizable nanoparticle films over large areas based on the self-assembly of dewetting of capped metal films.

큰 면적 기판 기반 Nanofabrication 출장 Dewetting 통해 제어 하 고 사용자 정의 금 나노 입자의

Recent scientific advances in the utilization of metallic nanoparticle for enhanced energy conversion efficiency, improved optical device performance, and ...

Gold Nanoparticle Synthesis

Gold nanoparticles (Au nanoparticles) that are ~12 nm in diameter were synthesized by rapidly injecting a solution of 150 mg (0.15 mmol) of tetrachloroauric acid in 3.0 g (3.7 mmol, 3.6 mL) of oleylamine (technical grade) and 3.0 mL of toluene into a boiling solution of 5.1 g (6.4 mmol, 8.7 mL) of oleylamine in 147 mL of toluene. While boiling and mixing the reaction solution for 2 hours, the color of the reaction mixture changed from clear, to light yellow, to light pink, and then slowly to dark red. The heat was then turned off, and the solution was allowed to gradually cool down to room temperature for 1 hour. The gold nanoparticles were then collected and separated from the solution using a centrifuge and washed three times; by vortexing and dispersing the gold nanoparticles in 10 mL portions of toluene, and then precipitating the gold nanoparticles by adding 40 mL portions of methanol and spinning them in a centrifuge. The solution was then decanted to remove any remaining byproducts and unreacted starting materials. Drying the gold nanoparticles in a vacuum environment produced a solid black pellet; which could be stored for long periods of time (up to one year) for later use, and then redissolved in organic solvents such as toluene.

A protocol for synthesizing ~12 nm diameter gold nanoparticles (Au nanoparticles) in an organic solvent is presented. The gold nanoparticles are capped with oleylamine ligands to prevent agglomeration. The gold nanoparticles are soluble in organic solvents such as toluene.

금 나노 입자 합성

Gold nanoparticles (Au nanoparticles) that are ~12 nm in diameter were synthesized by rapidly injecting a solution of 150 mg (0.15 mmol) of ...

Large-area Scanning Probe Nanolithography Facilitated by Automated Alignment and Its Application to Substrate Fabrication for Cell Culture Studies

Scanning probe microscopy has enabled the creation of a variety of methods for the constructive (&#39;additive&#39;) top-down fabrication of nanometer-scale features. Historically, a major drawback of scanning probe lithography has been the intrinsically low throughput of single probe systems. This has been tackled by the use of arrays of multiple probes to enable increased nanolithography throughput. In order to implement such parallelized nanolithography, the accurate alignment of probe arrays with the substrate surface is vital, so that all probes make contact with the surface simultaneously when lithographic patterning begins. This protocol describes the utilization of polymer pen lithography to produce nanometer-scale features over centimeter-sized areas, facilitated by the use of an algorithm for the rapid, accurate, and automated alignment of probe arrays. Here, nanolithography of thiols on gold substrates demonstrates the generation of features with high uniformity. These patterns are then functionalized with fibronectin for use in the context of surface-directed cell morphology studies.

Here we present a protocol for wide-area scanning probe nanolithography enabled by the iterative alignment of probe arrays, as well as the utilization of lithographic patterns for cell-surface interaction studies.

큰 지역 스캐닝 프로브 나노리 자동된 맞춤 및 셀 문화 연구에 대 한 기판 제작에의 응용에 의해 촉진

Scanning probe microscopy has enabled the creation of a variety of methods for the constructive (&#39;additive&#39;) top-down fabrication of ...

Fabrication of Gradient Nanopattern by Thermal Nanoimprinting Technique and Screening of the Response of Human Endothelial Colony-forming Cells

Nanotopography can be found in various extracellular matrices (ECMs) around the body and is known to have important regulatory actions upon cellular reactions. However, it is difficult to determine the relation between the size of a nanostructure and the responses of cells owing to the lack of proper screening tools. Here, we show the development of reproducible and cost-effective gradient nanopattern plates for the manipulation of cellular responses. Using anodic aluminum oxide (AAO) as a master mold, gradient nanopattern plates with nanopillars of increasing diameter ranges [120-200&#8239;nm (GP 120/200), 200-280&#8239;nm (GP 200/280), and 280-360&#8239;nm (GP 280/360)] were fabricated by a thermal imprinting technique. These gradient nanopattern plates were designed to mimic the various sizes of nanotopography in the ECM and were used to screen the responses of human endothelial colony-forming cells (hECFCs). In this protocol, we describe the step-by-step procedure of fabricating gradient nanopattern plates for cell engineering, techniques of cultivating hECFCs from human peripheral blood, and culturing hECFCs on nanopattern plates.

Here, we present a protocol for the fabrication of gradient nanopattern plates via thermal nanoimprinting and the method of screening responses of human endothelial progenitor cells to the nanostructures. By using the described technology, it is possible to produce a scaffold that can manipulate cell behavior by physical stimuli.

열 Nanoimprinting 기술과 인간의 내 피 식민지 형성 세포의 응답의 심사에 의해 그라데이션 Nanopattern의 제조

Nanotopography can be found in various extracellular matrices (ECMs) around the body and is known to have important regulatory actions upon cellular ...