Selektyvus labai vienodų nanodalelių optinis rinkinys spurgos formos pluoštais mokslinės ataskaitos

Selektyvus labai vienodų nanodalelių optinis rinkinys spurgos formos pluoštais mokslinės ataskaitos

Anonim

Dalykai

  • Nanodalelės
  • Nanofotonika ir plazmonika
  • Subbangos ilgio optika
  • Šio straipsnio „Erratum“ buvo paskelbtas 2014 m. Vasario 27 d

Šis straipsnis buvo atnaujintas

Anotacija

Labai efektyvi natūralios šviesos surinkimo antena turi žiedo pavidalo struktūrą, susidedančią iš dažų molekulių, kurių absorbcijos juosta keičiasi atrankiniais evoliucijos procesais, kuriuos lemia išoriniai dirgikliai, ty saulės šviesa, priklausomai nuo jos teritorijos, ir šiluminiai svyravimai. Įkvėpti šio fakto, čia eksperimentiškai ir teoriškai pademonstruojame selektyvų daugelio sidabro nanorodų, turinčių tam tikras formas ir orientaciją, žiedo pavidalo išdėstymą ant pagrindo, atsižvelgiant į skirtingų spalvų (bangos ilgių) spurgos pluošto šviesos sukeltą jėgą ir poliarizacijas. kartu su šilumos svyravimais kambario temperatūroje. Be to, didžioji dalis nanodidų yra sujungti elektromagnetiniu būdu, kad susidarytų pastebimas raudonai pasislinkęs lokalizuotų paviršiaus plazmonų, rezonuojančių su apšvitintos šviesos bangos ilgiu, bendras būdas, kai spektras taip pat padidėja, siekiant efektyvaus plačiajuosčio optinio atsako. Atrastas principas yra perspektyvus įvairių nanomedžiagų, kurias galima naudoti plačioje nanotechnologijų srityje, „ bioįkvėpto selektyvaus optinio surinkimo “ būdas.

Įvadas

Surinkimo procesai, kuriuos lemia svyravimai ir išsisklaidymas 1 veikiant išoriniams trikdžiams, sukūrė įvairias biologines ir nebiologines nanosistemas 2, 3, 4 . Pavyzdžiui, natūralios bakterijos šviesos kaupimo antena (LHA) turi žiedo pavidalo struktūrą, susidedančią iš dažų molekulių 5, 6, kurių absorbcijos juosta keičiasi dėl selektyvių evoliucijos procesų 7, kuriuos lemia išoriniai dirgikliai, ty saulės spinduliai ir šiluminiai svyravimai. priklausomai nuo jos teritorijos. Atkreipdami dėmesį į šį faktą, mes keliame klausimą: „ Ar galime pasirinktinai surinkti nebiologines nanomedžiagas, pasižyminčias specifinėmis spektroskopinėmis savybėmis pagal pritaikytą šviesą ir svyravimus? “

Šiame darbe, norėdami išsiaiškinti šį klausimą, eksperimentiškai ir teoriškai pademonstravome selektyvų daugelio anizotropinių nanodalelių (NP), turinčių tam tikras formas ir orientacijas, žiedo formos išdėstymą, sudarytą iš įvairių formų NP grupės su šviesos sukeltomis jėgomis. kartu su šilumos svyravimais kambario temperatūroje. Norėdami išsiaiškinti aukščiau minėtos selektyviai pagamintos optiškai sujungtos NP struktūros, turinčios aukštą sukimosi simetriją ir efektyvias optines savybes, analogiškas LHA, natūralioje fotosintetinėje sistemoje, mes ištyrėme sidabro (Ag) nanomedžiagų, patiriančių šviesos sukeltą įtaką, dinamiką. suprojektuoto šviesos lauko jėga, atsitiktinai susidūrus su aplinkos molekulėmis. Ankstesniuose darbuose tokia šviesos sukelta jėga leido mums manipuliuoti mikrondalelėmis 8, puslaidininkių ir metalinėmis NP 9, 10, 11, 12, 13 ir valdyti vietinę fotopolimerizaciją 14 . Taip pat yra pranešimų apie specializuotus šviesos laukus, pavyzdžiui, apie NP transportavimą su moduliuota stovinčiąja banga 15, daugybinių dalelių manipuliavimą holografiniais pincetais 16 arba femtosekundės impulsais 17 ir molekulių gaudymą lokaliu lauku tarp metalinių NP 18 . Tačiau, kaip šio tyrimo tikslas, kaip aukščiau paminėtas selektyvusis surinkimas, mes ypač atkreipiame dėmesį į šviesos sukeltą jėgą, spinduliuojant lazerio spindulį, turintį didelę sukimosi simetriją ir unikalius poliarizacijos pasiskirstymus, ty ašies-simetrinius poliarizuotus vektorinius pluoštus ( APVB) 19, 20 . Nors buvo pranešta apie keletą eksperimentų, susijusių su nedidelio skaičiaus auksinių nanodalelių (NR) 21, 22, 23 ir puslaidininkinių šerdies apvalkalo NR 24 optiniu gaudymu, nėra darbo, parodančio selektyvų daugelio vienodos formos Ag NR išgavimą ir surinkimą. Be to, kadangi sunku selektyviai gaminti Ag NRs su tam tikru kraštinių santykiu, o sintezės metodas yra ribotas 25, mūsų metodas būtų naudingas šiam tikslui. Be to, kadangi galima tikėtis, kad surinktos metalinės nanomedžiagos pasižymi kolektyvia lokalizuotų paviršiaus plazmonų (LSP) sąveika, sukeliančia stiprią radiacinę jungtį 13, 26, 27, 28, mes išmatuojome optiškai surinktų struktūrų tamsiojo lauko sklaidos spektrus ir teoriškai įvertino spektrus pagal abipusį Ag NR ryšį.

Rezultatai

Šio tyrimo eksperimentinė konfigūracija atrankiniam plazmoninių nanomedžiagų surinkimui parodyta 1 paveiksle. TEM 00 nenutrūkstamų bangų (CW) lazeriai, turintys skirtingą bangos ilgį (660 nm ir 1064 nm), buvo naudojami kaip šviesos šaltiniai optinėms manipuliacijoms. Kadangi Ag nanostruktūros demonstruoja stiprią optinę reakciją su aštriu LSP rezonansu (dėl nedidelio neradiacinio slopinimo 29 ) ir yra tinkamos optinėms manipuliacijoms kambario temperatūroje, Ag NPs buvo paruoštos kaip tikslinės medžiagos redukcijos metodu 30 . Kiekvieno lazerio skersinis režimas ir poliarizacija buvo paversta į spurgos pavidalo pluoštą arba azimutine, arba radialine. Švitinant keletą minučių į spurgas primenančias sijas, stiklinio stiklelio paviršiuje buvo nusodinta daug Ag NPs (daugiau informacijos žr. „ Metodai “). 1c pav. Pavaizduotas 3 × 3 spurgos tipo mikrostruktūrų tamsiojo lauko išsklaidymo vaizdas, gaunamas keletą minučių spinduliuotės spinduliu būdu poliarizuotos spurgos pluošto spinduliuotėje, esant 1064 nm kiekvienai mikrostruktūrai (vienos spurgos tipo mikrostruktūros surinkimo procesas užfiksuotas monochromatiniame filme. papildomame filme S1 ). Keista, bet dauguma pagamintų mikrostruktūrų turi oranžinę spalvą, nors atskirų Ag NPs LSP rezonansas yra purpurinės bangos ilgio srityje (1b pav.). Toliau pateiktuose fragmentuose aprašomos mūsų tyrimų detalės, siekiant išsiaiškinti, kokie reiškiniai įvyko švitinant spurgos pluoštą.

Image

a) Įvairių formų ir dydžių Ag nanodalelių (NP), įskaitant Ag nanorodus (NR), vandeninis tirpalas lašinamas tarp substrato (stiklo stiklelio) ir dangtelio šleifo. Raudonas diodų lazeris (bangos ilgis = 660 nm, galia = 12, 0 mW) arba Nd 3+ : YVO 4 lazeris (bangos ilgis = 1064 nm, galia = 23, 8 mW) yra naudojamas kaip šviesos šaltinis optiniam virpėjimui ir yra nukreiptas į pagrindą. Ag NRs fiksavimo paviršius. Alyvinis lęšis naudojamas kaip objektyvas objektyvui fokusuoti lazeriu. b, Ag NPs suspensijos ekstinkcijos spektras. c, Ag NPs žiedo tipo išdėstymo tamsiuoju lauku optinis vaizdas (išsklaidytas vaizdas), gaunamas švitinant radialiai poliarizuotą Nd 3+ : YVO 4 lazerį, kurio skersmuo ~ 2 μm.

Visas dydis

Transmisinės elektroninės mikroskopijos (TEM) metodu buvo patvirtinta, kad dauguma paruoštų Ag NP buvo formų su mažu kraštinių santykiu; taip pat pastebėtas nedidelis skaičius nanostruktūrų su dideliais kraštinių santykiais (> 3) (2a pav.). Tai atitinka ekstinkcijos spektrą, parodytą 1b pav. Detalios geometrinės NP savybės buvo stebimos esant dideliam padidinimui (2a pav. Įterpimas); padidintame TEM paveiksle pavaizduotos įvairios formos, pavyzdžiui, sferinės, trikampės ir panašios į strypus. Tačiau po 6 minučių apšvitinimo spurgos tipo spinduliu (azimutine ar radialine poliarizacija) 1a pav. Pavaizduotomis sąlygomis nanostruktūros, turinčios specifines charakteristikas, buvo manipuliuojamos atsižvelgiant į spindulio savybes. Dėl to, priklausomai nuo lazerio bangos ilgio, daugelis Ag NRs su skirtingais kraštinių santykiais buvo stipriai pritvirtinti ant stiklo pagrindo net ir po plovimo ultratuščiu vandeniu (2b – 2e pav.). Abiejuose bangos ilgiuose didžioji dalis Ag NRs buvo sukoncentruota regione, atitinkančiame į spurgas panašaus intensyvumo pasiskirstymo, kurio skersmuo ~ 2 μm, erdvinį pasiskirstymą. Pabrėžtina, kad mažo kraštinių santykio (~ 2) NR yra selektyviai fiksuojami lazeriu, kurio bangos ilgis 660, o didelio kraštinių santykio (~ 3) NR yra fiksuojami 1064 nm lazeriu. Įdomiausia, kad esant 1064 nm bangos ilgiui, dauguma NR buvo orientuoti į lygiagrečius azimutinių ir radialinių (poliarizuotų) pluoštų poliarizacijos krypčiai. Be to, buvo pastebėta daug Ag NRs nuo galvos iki uodegos porų (daugiau kaip 60% fiksuotų NR), kaip rodo raudonos rodyklės Fig. 2c ir 2e.

Image

a. Šiame tyrime naudotų Ag NP, perduodamo per elektroninį mikroskopą (TEM), vaizdas be švitinimo lazeriu. Pradėti: padidintas vaizdas. b, c nuskaitymo elektroniniu mikroskopu (SEM) Ag NRs, parinktų azimutiniu būdu poliarizuotos spurgos sija. d, e Ag NRs SEM vaizdai, parinkti radialiai poliarizuotos spurgos pluošto pagalba. B, d ir c, e atitinkamai buvo naudojamos 660 nm ir 1064 nm bangos ilgio pluoštai. B, c, d ir e intarpai rodo spurgos pluošto intensyvumo pasiskirstymą, parodytą naudojant fluorescenciją; ir atitinkamos poliarizacijos schema.

Visas dydis

Norėdami suprasti 2 paveiksle pastebėtus reiškinius, 3 paveiksle teoriškai įvertinome šviesos sukeltą jėgą skirtingų NR santykio Ag rutams (rutulys, 2 ir 3 santykio Ag NRs) (daugiau informacijos rasite metoduose ). . Čia parodytos dviejų tipų jėgos. Viena jų yra išsklaidymo jėga, atsirandanti dėl fotono impulsų perdavimo pav. 3b ir 3e, kurie pastumia objektus lazerio sklidimo krypties link (+ z kryptis ties {A} 3a ir 3d pav.). Kita yra gradiento jėga (3c ir 3f pav.), Proporcinga šviesos intensyvumo gradientui (- x - kryptis ties {B} 3a ir 3d pav.). Gradiento jėga, parodyta Fig. 3c ir 3f pritraukia NRs link didelio intensyvumo srities, sukeliančios spąstus, kai lazerio bangos ilgis yra ilgesnis nei LSP rezonansas, atitinkantis išsklaidymo jėgos smailę Fig. 3b ir 3e. Skaičiuojant, ilgą ašį (ilgį) ir trumpąją ašį (plotį) Ag NRs su dideliu kraštinių santykiu nustatė kaip 120 nm ir 40 nm (atsižvelgiant į baltas rodykles 2a paveikslo įdėkle, atitinkančius NR, pasirinktus 2c ir 2e pav.), Tuo tarpu Ag NRs, kurių mažas kraštinių santykis yra ilgis ir plotis, buvo 80 nm ir 40 nm (2b ir 2d pav.). Aplinkos terpės lūžio rodiklis buvo 1, 33 (vandens vertė). Taikant eksperimentiškai naudojamą lazerio galią, aukšto proporcijų Ag NRs optinis potencialas lygiagrečiai šviesos poliarizacijai yra daug gilesnis nei turima šiluminė energija k B T ( žr. Papildomus paveikslus S1b ir S1d ; svyravimų stiprumo indikacija). pakaba: k B T = 26 meV, kur k B yra Bolcmano konstanta ir temperatūra T = 298 K). Nors sferinių Ag NPs ir statmenų Ag NRs galimi šuliniai yra seklesni, didelis lygiagrečių Ag NRs gaudymo potencialas lemia efektyvesnį atrankos procesą esant kB T šiluminiams svyravimams. Kaip parodyta fig. 3b ir 3e, esant 1064 nm bangos ilgiui, aukštojo kraštinių santykio (40: 120 nm) dispersinė jėga lygiagrečiai Ag NR yra daug didesnė nei rutulinėje Ag NP, statmenoje Ag NR ir Ag NR esant mažam kraštinių santykiui. (40:80 nm). Be to, kai kelios Ag NRs yra arti tarpo ir lygiagrečios poliarizacijai, Ag NRs poros gradiento jėga ir išsklaidymo jėga yra didesnė nei vienos NR atveju dėl LSP raudonojo poslinkio, artėjančio prie bangos ilgio. Nd 3+ : YVO 4 lazeris. Tikimasi, kad galimi šuliniai taps gilesni, jei daugiau NR bus lygiagreti poliarizacijai, o patraukli ir atstumianti tarpląstelinė šviesos sukelta jėga 12, 13 ( papildomi paveikslai S2 – S3 ) turės įtakos orientacijai. Šie rezultatai rodo, kad Ag NR grupė su tam tikru kraštinių santykiu ir orientacija gali būti efektyviai išgauta naudojant rezonansinę šviesos sukeltą jėgą, kurią palaiko šiluminiai svyravimai. Surinkimo procesai apšvitinant azimutines ir radialines pluoštus taip pat buvo modeliuojami Monte Carlo metodu, naudojant savaime nuosekliai nustatytą šviesos sukeltą jėgą (4c ir 4d pav., Taip pat žr. Papildomus filmus S2 ir S3 ), kurie gerai paaiškina eksperimentinius rezultatus. Keletas Ag NRs yra sujungtos su tarp objektų esančia šviesos sukelta jėga ir yra suderintos lygiagrečiai poliarizacijai su tam tikru sutrikimu, atsirandančiu dėl šiluminių svyravimų. Be to, Ag NRs surinktos struktūros plotą galima sumažinti, jei naudojamas griežčiau sufokusuotas pluoštas ( papildomas S5 paveikslas ) arba artimojo lauko APVB 31 . Taip pat buvo stebimas panašus selektyvus Ag NR derinimas su tam tikru kraštinių santykiu, apšvitinant vieną Gauso pluoštą, kurio bangos ilgis 660 nm arba 1064 nm (žr. Papildomą paveikslą S6 – S7 ). Eksperimente, naudojant 1064 nm pluoštą, selektyviai įstrigusių AgNR orientacijos parodė lygiagrečią orientaciją į pluošto poliarizacijos kryptį, panašiai kaip spurgos pluošto rezultatai ( papildomas paveikslas S6a ). Šie rezultatai rodo, kad galime kontroliuoti pasirinktų Ag NR orientaciją keičiant apšvitinto pluošto poliarizacijos erdvinį pasiskirstymą ir intensyvumą. Taip pat buvo tiriama Ag NRs susikaupimo nuo 660 nm ilgio Gauso pluošto laiko priklausomybė nuo laiko, kur ilgesnio apšvitinimo metu padidėja Ag NRs skaičius. Pateiktu švitinimo metu šiluminės deformacijos gali būti beveik nepaisoma net ir esant mažo kraštinių santykio NR LSP rezonanso sąlygoms. Šie rezultatai labai patvirtina pasirinktinį Ag NR derinimą, atspindintį suprojektuotas manipuliavimo šviesos šaltinių savybes ir užtikrinantį optimalų atsaką į juos.

Image

a, d, sferinės NP (60 nm skersmens), vieno NR su mažu kraštinių santykiu (40 nm plotis, 80 nm ilgio) arba su dideliu kraštinių santykiu (40 nm plotis, 120 nm ilgio) schematiškai azimetiškai. ir radialiai poliarizuotos sijos. Taip pat atsižvelgiama į didelę santykį turinčių Ag NR pora su 30 nm atskyrimu. Teksto spalvos atitinka linijas spektruose. b, e, Sklaidomoji jėga Ag nanostruktūroms, kurių masės centras buvo ties {A}: ( X CM = 1000 nm, Y CM = 0, Z CM = 0), esant didžiausiam šviesos intensyvumui. c, f, gradiento jėga rutulinėje NP, vienoje NR ir dviejose NR, kurių masės centras buvo ties {B}: ( X CM = 1510 nm, Y CM = 0, Z CM = 0), kai kietiausias. šviesos spindesio gradientas už spurgos.

Visas dydis

Image

a ir b išsibarstę vaizdai ir atitinkami Ag NRs, išskirstytų į spektrą, tankiai surinktų per 6 minutes apšvitinant azimutiniu ir radialiniu būdu poliarizuotus pluoštus. c ir d apskaičiuoti bendro išsibarstymo iš surinktų Ag NRs azimutinių ir radialinių pluoštų spektrai, atsižvelgiant į konfigūraciją, gautą atlikus Monte Karlo modeliavimą kairėje. NRs skaičius yra NNR = 36. Taip pat kartu pavaizduoti vieno Ag NR spektrai ir dviejų ar trijų Ag NRs (su 30 nm atskyrimais) nuo galvos iki uodegos matrica. Kiekvienoje eilutėje sukimosi vidurkis xy plokštumoje buvo imamas tiesinės poliarizacijos šviesoje (raudonos vertikalios juostos vandeningoje linijoje rodo standartinį sukimosi vidurkio nuokrypį).

Visas dydis

Diskusija

Norint suprasti selektyviai surinktų Ag NRs optines savybes, jų šviesos sklaidos vaizdai ir spektrai buvo stebimi tamsaus lauko optiniu mikroskopu (4 pav.). Surinkti žiedo pavidalo Ag NRs pasirodė optiniuose vaizduose, kaip parodyta fig. 4a ir 4b su atitinkamu išsibarstymo spektru, turinčiu plačias LSP rezonanso smailių struktūras nuo matomos iki infraraudonosios spinduliuotės srities. Šis elgesys žymiai skiriasi nuo pradinės Ag NP suspensijos išnykimo smailės, kaip parodyta 1b pav., Dėl selektyvaus nusodinimo NR su dideliais kraštinių santykiais (žr. Papildomą S4 paveikslą ). Tokiu atveju vieno Ag NR LSP turėtų būti smailė, esant bangai 800 nm. Kaip aptarta ankstesnėje pastraipoje, vis dėlto, jei keli Ag NRs yra arti tarpo ir tvirtinami prie pagrindo, tikimasi, kad LSP rezonansas smarkiai pasikeis raudonai. Pavyzdžiui, skaitmeniniai modeliavimai parodė, kad, kai Ag NRs pora buvo išlyginta bendraašės kryptimi ir išdėstytos 30 nm atstumu viena nuo kitos, LSP rezonansas judėjo iki maždaug 920 nm (4c ir 4d pav. (Dešinėje)). Šie surinktos struktūros skaitmeniškai įvertinti sklaidos spektrai yra panašios formos, kaip ir eksperimente Fig. 4a ir 4b (dešinėje). Be to, maža smailė, rodoma esant 700 nm, 4b pav. (Dešinėje) yra laikoma optiniu trijų NR apskaičiavimo režimu (vertikali nutrūkusi linija). Šie rezultatai rodo, kad daugkartiniai Ag NRs turi žymiai stiprią elektromagnetinę jungtį. Nors sklaidos spektrai fig. 4a ir 4b neparodo ryškaus išmatuoto bangų ilgių diapazono (400–900 nm) skirtumo tarp dviejų Ag NRs nanostruktūrų, surinktų radialinėmis ir azimutinėmis poliarizacijomis. Skaitmeniniai modeliavimai esant didesniam pradiniam Ag NRs tankiui pateikė aiškiai skirtingus atitinkamų spektrų poliarizacijos. Patvirtinta, kad radialiniu poliarizuotu pluoštu surinkti Ag NRs parodė ryškiai raudonai pasislinkusius LSP kolektyvinius režimus, rezonuojančius su apšvitinta šviesa, o spektras, praplečiamas dėl stipraus radialinio susirišimo, buvo ryškesnis nei azimutiškai poliarizuoto pluošto rezultatas. .

Pateikti rezultatai ir diskusija pradės novatorišką požiūrį į įvairių nanostruktūrų, turinčių norimų savybių plačioje nanotechnologijų srityje, selektyvų surinkimą ir atskyrimą, pavyzdžiui, nanoskalės optinėse grandinėse 32, didelio efektyvumo LHA ​​saulės elementams 33, medicinoje. taikymai 34, biosensoriai ir katalizatoriai 35 .

Metodai

Optinė sąranka

Šio tyrimo eksperimentinė sąranka pavaizduota 1 pav. Kaip šviesos šaltinis optinėms manipuliacijoms buvo naudojamas tiesiškai poliarizuotas CW lazeris, turintis skersinį TEM 00 režimą (diodų lazeris su 660 nm išėjimo bangos ilgiu arba Nd 3+ : YVO 4 lazeris su 1064 nm išėjimo bangos ilgiu). Sijos profilis ir poliarizacija tuo pačiu metu buvo modifikuoti skystųjų kristalų (LQ) poliarizacijos keitikliu (ARCoptix, Šveicarija), kad būtų pagaminta spurgos formos sija su azimutine arba radialine poliarizacija. Pakeitus taikomą įtampą, abi poliarizacijos buvo abipusiai konvertuotos, nesukeliant optinio poslinkio dėl mechaninio kontakto su LQ įtaisu. Spurgos pluoštas buvo nukreiptas į mėginio tirpalą objektyvu (NA 1, 35, × 100, „Olympus“, Japonija), pritvirtintu prie apversto optinio mikroskopo (IX-70, „Olympus“, Japonija). Taško dydis objektyvo mėginio plokštumoje buvo kontroliuojamas naudojant porą lęšių (1 ir 2 lęšiai). Spurgos pluošto intensyvumo profilis buvo įvertintas nustatant amorfinės plonos fluorescencinės medžiagos plėvelės fluorescencijos intensyvumo pasiskirstymą, sužadinamą 1064 nm lazerio pluošto dviejų fotonų absorbcija arba 660 nm pluošto vieno fotono absorbcija.

Koloido tirpalo paruošimas

Koloidinis Ag NP tirpalas buvo paruoštas redukuojant Ag jonus AgNO 3 vandeniniame tirpale natrio citratu, esant ~ 373 K, pagal anksčiau aprašytą 30 procedūrą. Susintetinto Ag NP forma ir dydis buvo apibūdinami skenavimo elektronų mikroskopu (SEM, JSM-6060, JEOL, Japonija) esant 15–20 kV pagreičio įtampai ir perdavimo elektronų mikroskopui (TEM, JEM-2000FXII, JEOL, Japonija), veikianti 200 kV pagreičio įtampa su Cu mikrograndžiu (200 akių, 6511, „Nisshin EM“, Japonija). SEM vaizdavimo pavyzdžiai buvo padengti osmiu, kad būtų padidintas laidumas.

Stiklo skaidrės paruošimas

Stiklo stikleliai (S-1111, Matsunami, Japonija) prieš naudojimą buvo gerai išplauti acetonu. 60 μL koloido „Ag NP“ buvo numesta ant išplauto stiklo stiklelio ir uždengta dangtelio šleifu. Spurgos pluoštas buvo sufokusuotas ant Ag NP koloido tirpalo, įterpto tarp stiklinio stiklelio ir dangtelio slydimo, kad spurgos pluošto židinio taškas būtų stiklinės skaidrės paviršiuje. Ag NRs buvo surinktos ir nusodintos ant stiklelių paviršiaus, naudojant Nd 3+ : YVO 4 spurgos spinduliuotės slėgį. Po nusodinimo stiklinė stiklelė buvo plaunama ultra grynu vandeniu ir džiovinta eksperimentinėje patalpoje, o likusias Ag NPs stebėjo SEM.

Išsklaidymo spektrai

Ant stiklo pagrindo surinktų Ag NRs išsklaidymo spektrai buvo gauti naudojant miniatiūrinį šviesolaidžio spektrometrą (USB4000, (grotelės Nr. 3) SLIT-25, detektoriaus diapazonas: 200–1100 nm, „Ocean Optics“, JAV) ir halogeninę lempą kaip baltos šviesos šaltinis, prijungtas prie optinio mikroskopo (ECLIPSE 80i, NIKON, Japonija) per optinį pluoštą (šerdies skersmuo: 50 μm).

Teorinis metodas

Norėdami įvertinti optinius spektrus, reagavimo lauko erdvinį pasiskirstymą aplink Ag NRs ir jėgą, kurią veikia Ag nanostruktūros, įvertinome A nanostruktūrų atsako lauką E ir indukuotą poliarizaciją P iš atitinkamų Maksvelo lygčių sprendimo. Taikant diskretizuotą vientisą metodą 13 ir modeliuojant sferinę Ag NP kaip sferinę ląstelę, o Ag NR - kaip kubinių elementų rinkinį:

Image

Image
kur N yra ląstelių skaičius, Vj yra kiekvienos ląstelės tūris,
Image
yra kritinio optinio lauko elektrinio lauko komponentas, G hm yra žaliosios funkcijos vienalytėje terpėje, o χ j - elektrinis jautrumas. Vientisas
Image
i = j, nes buvo analiziškai apskaičiuotas savaiminis terminas lygtyje (1). Pakeisdami gautą E ir P kaip vienalaikių (1) ir (2) lygčių sprendinius į bendrą šviesos sukeltos jėgos 12 išraišką:
Image
galime įvertinti gradiento jėgą, dispersinę jėgą ir tarpląstelinę šviesos sukeltą jėgą (šių komponentų spektrinės savybės parodytos papildomuose paveiksluose S1 – S3 ). Bendras šviesos impulsų perdavimo greitis yra proporcingas išnykimui. Visos sistemos išnykimo spektras gali būti apskaičiuojamas įvertinant radiacijos slėgio sumą
Image
visose nanostruktūrose, švitinant sklindančią plokštumos bangą, kaip
Image
, tai yra sklaidos ir absorbcijos jėgų suma. Galiausiai, įvertinus, galima gauti surinktų Ag NRs bendrąjį išsklaidymo spektrą
Image
, kur
Image
yra sugerties komponentas ( k - plokštumos bangos vektorius). Be to, Drude tipo elektrinis jautrumas yra naudojamas norint nustatyti Ag nanostruktūrų, kurių parametrai buvo nustatyti pagal eksperimento rezultatus ir paskelbtas Johnsono ir Christy 29 optines konstantas, the j . Ašinis-simetrinio vektoriaus pluošto krintantis elektromagnetinis laukas (3a ir 3d pav.) Buvo nustatytas pagal bendrąsias išraiškas be paraksialinio aproksimacijos 20 .

Be to, norėdami rasti galutinę Ag NR konfigūraciją švitinant spurgos pluoštus, kaip parodyta 4c pav. (Kairėje) ir 4d (kairėje) (taip pat papildomuose filmuose S2 ir S3 ), mes naudojame Monte Carlo modeliavimą, atsižvelgdami į: sąskaitą, kurią nuosekliai nustato šviesos sukelta jėga, naudodama lygtis (1) - (3). Optinio potencialo kitimas pateiktas kaip

Image
po atsitiktinių Ag NR padėties pokyčių σ ir ( σ + 1) žingsnių metu. Jei dE σ +1 ≤ 0 patenkinama, ( σ + 1) būsena visada priimama, nes šios būsenos energija yra mažesnė už σ -osios pakopos energiją. Kita vertus, jei dE σ +1 > 0 yra tenkinamas, ( σ + 1) būsena priimama su p = exp tikimybe (- dE σ +1 / k B T ) arba konfigūracija nesikeičia, nes šios būsenos energija yra didesnė už σ -ąjį žingsnį. Taip pat atsižvelgiama į potencialo variacijas dėl atsitiktinių Ag NRs sukimosi judesių. Kartodami šias procedūras, galime rasti stabilesnę surinktų Ag NR erdvinę konfigūraciją. Kiekviena Ag NR yra aprašyta trimis sujungtomis kubinėmis ląstelėmis.

Pokyčių istorija

Papildoma informacija

Vaizdo įrašai

  1. 1.

    Papildoma informacija

    Papildomas filmas S1

  2. 2.

    Papildoma informacija

    Papildomas filmas S2

  3. 3.

    Papildoma informacija

    Papildomas filmas S3

PDF failai

  1. 1.

    Papildoma informacija

    Papildoma informacija

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.