Name: fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithography
Uploaded: 2017-09-02T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography at JoVE.com

Denna forskning utfördes på den nordvästra nationella laboratoriet (PNNL), som drivs av Battelle Memorial Institute för Department of Energy (DOE) under Kontraktsnr DE-AC05-76RL01830. Författarna erkänner tacksamt stöd från US Department of State genom den nyckel kontroll tillgångar fonden (V) under institutionsöverskridande avtal SIAA15AVCVPO10.

1. material förberedelse <ol><li>Placera flera 2 tum kiselskivor i kvarts bärare för rengöring och ladda in kiselskivor i plasma etsning system. Pump till vakuumkammare ner tills den når minst 75 mTorr. Detta kan ta några minuter.</li>
	<li>Börjar flödet av O 2 (30 sccm) gas och låt trycket att stabilisera. Ställa in etch tid till 15 min. När kammaren trycket har stabiliserats påbörja radiofrekvent (RF) 13,56 MHz 250 W plasma. 
	Obs: Detta steg rengör kiselskivor av alla ekologiska föror...

<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>

Detta protokoll visar en billig och effektiv teknik för att tillverka periodiska matriser av plasmoniska guld nanocups. Denna teknik är särskilt fördelaktig eftersom man därigenom undviker seriell top-down processer såsom electron beam litografi eller fokuserad ion beam fräsning. Presenterade tekniken visar att kommersiellt tillgängliga polymera nanospheres kan monteras själv på ett enkelt sätt att tjäna som nano-storlek mall för vidare bearbetning.
Modifieringar och fels?...

Uppkomsten av plasmonik tillsammans med förbättrad närfältsmikroskop och syntes tekniker har medfört ett brett utbud av spännande teknik som sub diffraktion begränsad circuity, förbättrad kemisk upptäckt och optisk fjärranalys1 ,2,3. I detta protokoll visar vi en skalbar och relativt billig teknik kan fabricera nanopatterned plasmoniska substrat med hjälp av kommersiellt tillgängliga polymera nanospheres och en etsning steg följt av metall nedfall. Till skillnad från andra tekniker för att tillverka nanopatterned substrat, såsom electron beam litografi4, denna teknik kan snabbt och effektivt skalas till 300 mm wafers och bortom med minimal ansträngning och använder en överföring steg för att producera flexibla och conformal filmer5.
Vi vet sedan romartiden, att vissa metaller som guld och silver kan ha lysande optiska egenskaper när de är finfördelat. Idag, vi förstår att dessa metall partiklar uppvisar en effekt som kallas den ”lokaliserad ytan plasmon resonans” (LSPR) när deras dimensioner närmar nanonivå. LSPR är jämförbar med en stående våg som svagt bundna elektroner hittade i metall pendlar konsekvent när tänds av vissa frekvenser av metallpartiklar. Anisotrop nanostrukturer är av särskilt intresse eftersom unika optiska resonanser kan uppstå till följd av symmetri bryta6,7,8.
Belysning av halv-shell (nanocup) strukturer med ljus kan excitera elektriska dipol eller magnetiskt dipole plasmon lägen, beroende på faktorer såsom nedfall vinkeln av metall, orienteringen av underlaget med avseende på det infallande ljuset, och polarisering av infallande ljus9. Nanocups har ofta ansetts vara analogt med tredimensionella split-ring resonatorer, där resonansfrekvensen kan approximeras som en LC-oscillator10,11. Resonansfrekvensen för storleken på polymera nanospheres används här (170 nm), mängden deponerade guld (20 nm), och de etch priserna ger resonansfrekvenser som spänner över det synliga och nära-IR.
Den guld nanocups optiska egenskaper kan mätas antingen i transmission eller reflexion, beroende på det substrat som används för spin-beläggning. I protokollet presenteras valde vi att använda 2 tum kiselskivor som substrat och utföra reflektans mätningar efter metall nedfall. Mätningarna utfördes med Mikroskop kopplat till en energidispersiv spektrometer med en halogen ljuskälla. Vi har också haft framgång med glas substrat, vilket möjliggör både transmission och reflektion mätningar omedelbart efter metall nedfall. Dessutom denna teknik kan enkelt skalas och är inte begränsad till 2 tum wafers. På grund av den breda kommersiella tillgången till högkvalitativ monodisperse polymera nanospheres är det enkelt att finjustera de optiska egenskaperna av dessa strukturer genom att helt enkelt börja med olika stora nanospheres.
I detta protokoll, en teknik för att tillverka Anisotrop halv-skal (eller nanocup) guld nanostrukturer med en metod som kallas kolloidal litografi demonstreras. Kolloidalt litografi använder självmontering av mycket monodisperse polymera nanosphere att snabbt mönstret ett substrat som kan bearbetas ytterligare till ett plasmoniska substrat efter fräsande beläggning ett tunt lager av guld. Likaså är det möjligt att justera anisotropin av substratet genom att luta prov substratet under metall nedfall. De resulterande strukturerna är polarisering-känsliga på grund av anisotropin av bildade nanostrukturen. Här visar vi ett särskilt fall och utföra optisk karakterisering och lyft att överföra strukturer till en öppen, flexibel film.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="762">
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:204px;">Polystyrene microspheres</td>
			<td style="width:152px;">Bangs Laboratories, Inc.</td>
			<td style="width:209px;">PS02N</td>
			<td style="width:197px;">170 nm &#8211; 580 nm diameter</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:204px;">Silicon wafers</td>
			<td style="width:152px;">El-CAT, Inc.</td>
			<td style="width:209px;">3489</td>
			<td style="width:197px;">300 mm thick, one side polished [100]</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Adhesive tape</td>
			<td style="width:152px;">3M</td>
			<td style="width:209px;">Scotch 600</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Spin coater</td>
			<td style="width:152px;">Laurell</td>
			<td style="width:209px;">WS-650-23B</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Plasma etcher</td>
			<td style="width:152px;">Nordson March&#160;</td>
			<td style="width:209px;">AP-600</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Microspectrophotometer</td>
			<td style="width:152px;">CRAIC</td>
			<td style="width:209px;">380-PV</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Sonicator</td>
			<td style="width:152px;">VWR</td>
			<td style="width:209px;">97043-932</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Scintillation vials</td>
			<td style="width:152px;">Wheaton</td>
			<td style="width:209px;">986734</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">5 um syringe filter</td>
			<td>Millex</td>
			<td>SLSV025LS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Oxygen gas</td>
			<td>Oxarc</td>
			<td>PO249&#160;</td>
			<td>Industrial Grade 99.5% purity</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Vaccum pump</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>Edwards 28</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;">Disposable syringes</td>
			<td>Air Tite Products Co.</td>
			<td>14-817-25</td>
			<td>1 mL capacity</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Water</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>W4502</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithography

Inom senaste åren har området för plasmonik exploderade som forskare har visat spännande applikationer relaterade till kemiska och optiska sensorer i kombination med nya närfältsmikroskop tekniker. En plasmon är en quantum av laddningstätheten svängningen som lånar nanoskala metaller som guld och silver unika optiska egenskaper. I synnerhet uppvisar guld och silver nanopartiklar lokaliserade ytan plasmon resonanser-kollektiv laddningstätheten svängningar på ytan av den nanopartikel-i det synliga spektrumet. Här fokuserar vi på tillverkning av periodiska matriser av anisotropisk plasmoniska nanostrukturer. Dessa halv-skal (eller nanocup) strukturer kan uppvisa ytterligare unika ljus-bockning och polarisering beroende av optiska egenskaper som enkla isotropiskt nanostrukturer kan inte. Forskare är intresserad av tillverkning av periodiska matriser av nanocups för en mängd olika applikationer såsom låg kostnad optiska enheter, surface-förbättrade Raman spridning och manipulera indikation. Vi presenterar en skalbar teknik utifrån kolloidal litografi där det är möjligt att enkelt tillverka stora periodiska matriser av nanocups använder spin-beläggning och själv monterade kommersiellt tillgängliga polymera nanospheres. Elektronmikroskopi och optisk spektroskopi från den synliga för infrarött (nära-IR) utfördes för att bekräfta framgångsrika nanocup tillverkning. Vi avslutar med en demonstration av överföring av nanocups till en flexibel, conformal självhäftande film.

Guld nanocups var förberedda med 170 nm diameter polystyren nanospheres. Efter glödgning i 2 min på 107 ° C och etsning med en 75 W, 20 sccm O2 plasma för 165 s, den resulterande filmen präglades använder SEM (figur 1). För att utvärdera kvaliteten på spin-gjuten filmen, optisk mikroskopi-i tillägg till visuell inspektion-maj vara används (figur 2). Högkvalitativa filmer bör vara väsentligen fri från de...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography at JoVE.com

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Vi visar tillverkning av periodiska guld nanocup matriser med kolloidal litografiska tekniker och diskutera betydelsen av nanoplasmonic filmer.

Tillverkning av periodiska guld Nanocup matriser använder kolloidalt litografi

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Micropunching Lithography for Generating Micro- and Submicron-patterns on Polymer Substrates

Micropunching Litografi för att generera Micro-och submikron-mönster på polymersubstrat

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of ...

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Tillverkning av Rumsligt Självindragande komplexa oxider

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting

Indirekt Tillverkning av Lattice metaller med tunna sektioner Använda centrifugalgjutning

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

Kolloidalt Syntes av Nanopatch Antenner for Applications i plasmonik och Nanofotonik

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 ...

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

Användning av offerNanoPartiklar att ta bort effekterna av Shot-brus i kontakt Hål tillverkas genom elektronstrålelitografi

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

Tillverkning av en-D fotoniska kristaller hålighet på en nanofiber Använda femtosecond laser-inducerad Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Tillverkning av ultra-tunn färg filmer med mycket absorberande medier med sned vinkel nedfall

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...

A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

En modulär mikroflödessystem teknik för systematiska studier av kolloidal Semiconductor nanokristaller

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...

An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter

En effektiv metod för selektiv avsaltning av radioaktiv jod anjoner med guld nanopartiklar-Embedded membranfilter

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

Ensiffriga Nanometer elektronstråle litografi med en Aberration-korrigerade skanning transmissionselektronmikroskop

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...