184 resultados para PLASMONS
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Label-free plasmonic biosensors rely either on surface plasmon polaritons or on localized surface plasmons on continuous or nanostructured noble-metal surfaces to detect molecular-binding events(1-4). Despite undisputed advantages, including spectral tunability(3), strong enhancement of the local electric field(5,6) and much better adaptability to modern nanobiotechnology architectures(7), localized plasmons demonstrate orders of magnitude lower sensitivity compared with their guided counterparts(3). Here, we demonstrate an improvement in biosensing technology using a plasmonic metamaterial that is capable of supporting a guided mode in a porous nanorod layer. Benefiting from a substantial overlap between the probing field and the active biological substance incorporated between the nanorods and a strong plasmon-mediated energy confinement inside the layer, this metamaterial provides an enhanced sensitivity to refractive-index variations of the medium between the rods (more than 30,000nm per refractive-index unit). We demonstrate the feasibility of our approach using a standard streptavidin-biotin affinity model and record considerable improvement in the detection limit of small analytes compared with conventional label-free plasmonic devices.
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Otto configuration attenuated total reflection (ATR) measurements of the excitation of surface plasmons in the infrared have been carried out on YBCO films deposited on MgO (100) substrates. The dielectric constants for YBCO at 3.392 mu m are determined to be -10 + 15i for c-axis material. The anisotropic nature of the cuprate is seen from films with other orientations: nearly a-axis material has constants of 4.0 + 7.0i. It is thus not metallic in its optical response along the c-axis which lies parallel to the substrate plane. Ellipsometric measurements in the visible on c-axis material point to a maximum surface plasmon energy of 1 eV.
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Within the Tamm-Dancoff approximation, ab initio approaches describe excitons as packets of electron-hole pairs propagating only forward in time. However, we show that in nanoscale materials excitons and plasmons hybridize, creating exciton-plasmon states where the electron-hole pairs oscillate back and forth in time. Then, as exemplified by the trans-azobenzene molecule and the carbon nanotubes, the Tamm-Dancoff approximation yields errors larger than the accuracy claimed in ab initio calculations. Instead, we propose a general and efficient approach that avoids the Tamm-Dancoff approximation, correctly describes excitons, plasmons, and exciton-plasmon states, and provides a good agreement with experimental results.
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Graphene is used as the thinnest possible spacer between gold nanoparticles and a gold substrate. This creates a robust, repeatable, and stable subnanometer gap for massive plasmonic field enhancements. White light spectroscopy of single 80 nm gold nanoparticles reveals plasmonic coupling between the particle and its image within the gold substrate. While for a single graphene layer, spectral doublets from coupled dimer modes are observed shifted into the near-infrared, these disappear for increasing numbers of layers. These doublets arise from charger-transfer-sensitive gap plasmons, allowing optical measurement to access out-of-plane conductivity in such layered systems. Gating the graphene can thus directly produce plasmon tuning.
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A prism coupling arrangement is used to excite surface plasmons at the surface of a thin silver aim and a photon scanning tunnelling microscope is used to detect the evanescent field above the silver surface. Excitation of the silver/ air mode of interest is performed at lambda(1) = 632 . 8 nm using a tightly focused beam, while the control of the tip is effected by exciting a counter-propagating surface plasmon field at a different wavelength. lambda(2) = 543 . 5 nm, using an unfocused beam covering a macroscopic area. Propagation of the red surface plasmon is evidenced by an exponential tail extending away from the launch site, but this feature is abruptly truncated if the surface plasmon encounters the edge of the silver film - there is no specularly reflected 'beam'. Importantly, the radiative decay of the surface mode at the film edge is observable only at larger tip-sample separations, emphasizing the importance of accessing the mesoscopic regime.
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Monte Carlo calculations of quantum yield in PtSi/p-Si infrared detectors are carried out taking into account the presence of a spatially distributed barrier potential. In the 1-4 mu m wavelength range it is found that the spatial inhomogeneity of the barrier has no significant effect on the overall device photoresponse. However, above lambda = 4.0 mu m and particularly as the cut-off wavelength (lambda approximate to 5.5 mu m) is approached, these calculations reveal a difference between the homogeneous and inhomogeneous barrier photoresponse which becomes increasingly significant and exceeds 50% at lambda = 5.3 mu m. It is, in fact, the inhomogeneous barrier which displays an increased photoyield, a feature that is confirmed by approximate analytical calculations assuming a symmetric Gaussian spatial distribution of the barrier. Furthermore, the importance of the silicide layer thickness in optimizing device efficiency is underlined as a trade-off between maximizing light absorption in the silicide layer and optimizing the internal yield. The results presented here address important features which determine the photoyield of PtSi/Si Schottky diodes at energies below the Si absorption edge and just above the Schottky barrier height in particular.
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Thin, oxidised Al films grown an one face of fused silica prisms are exposed. tinder ambient conditions, to single shots from an excimer laser operating at wavelength 248 nm. Preliminary characterisation of the films using attenuated total reflection yields optical and thickness data for the Al and Al oxide layers; this step facilitates the subsequent, accurate tuning of the excimer laser pulse to the: surface plasmon resonance at the Al/(oxide)/air interface and the calculation of the fluence actually absorbed by the thin film system. Ablation damage is characterised using scanning electron, and atomic force microscopy. When the laser pulse is incident, through the prism on the sample at less than critical angle, the damage features are molten in nature with small islands of sub-micrometer dimension much in evidence, a mechanism of film melt-through and subsegment blow-off due to the build up of vapour pressure at the substrate/film interface is appropriate. By contrast, when the optical input is surface plasmon mediated, predominately mechanical damage results with the film fragmenting into large flakes of dimensions on the order of 10 mu m. It is suggested that the ability of surface plasmons to transport energy leads to enhanced, preferential absorption of energy at defect sites causing stress throughout the film which exceeds the ultimate tensile stress for the film: this in turn leads to film break-up before melting can onset. (C) 1998 Elsevier Science B.V.
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We have excited mid-infrared surface plasmons in two YBCO thin films of contrasting properties using attenuated total reflection of light and found that the imaginary part of the dielectric function decreases linearly with reduction in temperature. This result is in contrast with the commonly reported conclusion of infrared normal reflectance studies. If sustained it may clarify the problem of understanding the normal state properties of YBCO and the other cuprates. The dielectric function of the films, epsilon = epsilon(1) + i epsilon(2), was determined between room temperature and 80K: epsilon(1) was found to be only slightly temperature dependent but somewhat sample dependent, probably as a result of surface and grain boundary contamination. The imaginary part, epsilon(2), (and the real part of the conductivity, sigma(1),) decreased linearly with reduction in temperature in both films. Results obtained were: for film 1: epsilon(1) = - 14.05 - 0.0024T and epsilon(2) - 4.11 + 0.086T and for film 2: epsilon(1) = - 24.09 + 0.0013T and epsilon(2) = 7.66 + 0.067T where T is the temperature in Kelvin. An understanding of the results is offered in terms of temperature-dependent intrinsic intragrain inelastic scattering and temperature-independent contributions: elastic and inelastic grain boundary scattering and optical interband (or localised charge) absorption. The relative contribution of each is estimated. A key conclusion is that the interband (or localised charge) absorption is only similar to 10%. Most importantly, the intrinsic scattering rate, 1/tau, decreases linearly with fall in temperature, T, in a regime where current theory predicts dependence on frequency, omega, to dominate. The coupling constant, lambda, between the charge carriers and the thermal excitations has a value of 1.7, some fivefold greater than the far infrared value. These results imply a need to restate the phenomenology of the normal state of high temperature superconductors and seek a corresponding theoretical understanding.
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The dielectric function of a YBCO film was determined at 3392nm at temperatures down to 80K. Results obtained were epsilon(i) = -24.09 - 0.0013T and epsilon(i) = 7.66 + 0.067T. The results for epsilon(i) are compared with the de resistance of the film. Intrinsic intragrain scattering, elastic and inelastic grain boundary scattering and optical interband absorption are estimated as 82%, 5%, 13% and 10% respecively at 0K.
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The spectroscopic capability of the photon scanning tunneling microscope is exploited to study directly the launch and propagation of surface plasmons on thin silver films. Two input beams, of different wavelength, are incident through the prism in a prism-Ag film-air-fibre tip system. Both excite surface plasmons at the Ag-air interface and light of both wavelengths is coupled into the fibre probe via the respective surface plasmon evanescent fields. One laser beam is used for instrument control. The second, or probe beam is tightly focused on the sample, within the area of the unfocused or control beam, giving a well-defined and symmetrical, confined surface plasmon launch site. However, the image at the probe wavelength is highly asymmetrical in section with an exponential tail extending beyond one side of the launch site. This demonstrates in a very direct fashion;the propagation of surface plasmons; a propagation length of similar to 11.7 mu m is measured at a probe wavelength of 543.5 nm. On rough Ag films the excitation of localised scattering centres is also observed in addition to the launch of delocalised surface plasmons.
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The light output from nominally smooth Al-Ox-Au tunnel junctions is observed to be substantially independent of the deposition rate of the Au film electrode. Films deposited quickly (2 nm s-1) and those deposited slowly (0.16 nm s-1) have similar spectral dependences and intensities. (This is in contrast to roughened films where those deposited quickly give out less light, especially towards the blue end of the spectrum.) The behaviour can be interpreted in terms of the ratio l(ph)/l(em) where l(ph) and l(em) are the mean free paths of surface plasmons between external photon emissions and internal electromagnetic absorptions respectively. Once l(ph)/l(em) exceeds 100, as it does on smooth films, grain size has little further effect on the spectral shape of the light output. In fast-deposited films there are two compensating effects on the output intensity: grain boundary scattering decreases it and greater surface roughness increases it.
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A carbon nanotube free-standing linearly dichroic polariser is developed using solid-state extrusion. Membrane cohesion is experimentally and numerically demonstrated to derive from inter-tube van der Waals interactions in this family of planar metastable morphologies, controlled by the chemical vapour deposition conditions. Ultra-broadband polarisation (400 nm – 2.5 mm) is shown and corroborated by effective medium and full numerical simulations.
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A new type of focal-palne array made of a nanoscale metal screen mimics the function of a lens, focuses light (and plasmons) into subwavelength hot spots, and achieves high-resolution imaging of complex sources.
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Les microcantileviers fonctionnalisés offrent une plateforme idéale pour la nano- et micro-mécanique et pour le développement de (bio-) capteurs tres sensible. Le principe d’opération consiste dans des évènements physicochimiques qui se passent du côté fonctionnalisé du microcantilevier induisant une différence de stress de surface entre les deux côtés du cantilevier qui cause une déflexion verticale du levier. Par contre, les facteurs et les phénomènes interfacials qui régissent la nature et l'intensité du stress de surface sont encore méconnus. Pour éclaircir ce phénomène, la première partie de cette thèse porte sur l'étude des réactions de microcantileviers qui sont recouverts d'or et fonctionnalisés par une monocouche auto-assemblée (MAA) électroactive. La formation d'une MAA de ferrocènylundécanethiol (FcC11SH) à la surface d'or d'un microcantilevier est le modèle utilisé pour mieux comprendre le stress de surface induit par l’électrochimie. Les résultats obtenus démontrent qu'une transformation rédox de la MAA de FcC11SH crée un stress de surface qui résulte dans une déflexion verticale du microcantilevier. Dépendamment de la flexibilité du microcantilevier, cette déflexion peut varier de quelques nanomètres à quelques micromètres. L’oxydation de cette MAA de FcC11SH dans un environnement d'ions perchlorate génère un changement de stress de surface compressive. Les résultats indiquent que la déflexion du microcantilevier est due à une tension latérale provenant d'une réorientation et d'une expansion moléculaire lors du transfért de charge et de pairage d’anions. Pour vérifier cette hypothèse, les mêmes expériences ont été répéteés avec des microcantileviers qui ont été couverts d'une MAA mixte, où les groupements électroactifs de ferrocène sont isolés par des alkylthiols inactifs. Lorsqu’un potentiel est appliqué, un courant est détecté mais le microcantilevier ne signale aucune déflexion. Ces résultats confirment que la déflexion du microcantilevier est due à une pression latérale provenant du ferrocènium qui se réorganise et qui crée une pression sur ses pairs avoisinants plutôt que du couplage d’anions. L’amplitude de la déflexion verticale du microcantilevier dépend de la structure moléculaire de la MAA et du le type d’anion utilisés lors de la réaction électrochimique. Dans la prochaine partie de la thèse, l’électrochimie et la spectroscopie de résonance de plasmon en surface ont été combinées pour arriver à une description de l’adsorption et de l’agrégation des n-alkyl sulfates à l’interface FcC11SAu/électrolyte. À toutes les concentrations de solution, les molécules d'agent tensio-actif sont empilées perpendiculairement à la surface d'électrode sous forme de monocouche condensé entrecroisé. Cependant, la densité du film spécifiquement adsorbé s'est avérée être affectée par l'état d'organisation des agents tensio-actifs en solution. À faible concentration, où les molécules d'agent tensio-actif sont présentes en tant que monomères solvatés, les monomères peuvent facilement s'adapter à l’évolution de la concentration en surface du ferrocènium lors du balayage du potential. Cependant, lorsque les molécules sont présentes en solution en tant que micelles une densité plus faible d'agent tensio-actif a été trouvée en raison de l'incapacité de répondre effectivement à la surface de ferrocenium générée dynamiquement.
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Ces travaux visent à étendre les applications de la résonance de plasmons de surface (SPR) L’objectif est d’offrir des outils diagnostics plus rapides, efficaces et simple d’utilisation pour diagnostiquer ou effectuer le suivi de conditions cliniques. Pour se faire, un nouveau type d’instrumentation SPR basé sur l’utilisation d’un prisme d’inversion (dove) a permis d’atteindre une limite de détection (LOD) de 10-6 unité d’indice de réfraction (RIU), une valeur comparable aux instruments commerciaux complexes tout en demeurant peu dispendieux, robuste et simple d’utilisation. Les travaux présentés dans cet ouvrage visent, dans un second temps, à réduire les interactions nonspécifiques (NSB) entre la surface des biocapteurs SPR et les composants de la matrice biologique complexe telles que: l’urine, le lysat cellulaire, le sérum et le sang. Ces dernières induisent des réponses empêchant l’utilisation de biocapteurs SPR en milieux complexes. Les acides aminés (AA) offrent une grande variété de propriétés physico-chimiques permettant la mise au point de monocouches auto-assemblées (SAM) aux propriétés diverses. Initialement, 19 des 20 acides aminés naturels ont été attachés à l’acide 3-mercaptopropionique (3-MPA) formant des SAMs peptidomimétiques. La quantité d’interactions nonspécifiques engendrées par ces différentes surfaces a été mesurée en exposant ces surfaces au sérum sanguin bovin complet variant de 400 ng/cm² jusqu’à 800 ng/cm². La détection à l’aide de ces surfaces de la β-lactamase (une enzyme responsable de la résistance aux antibiotiques au niveau μM) a démontré la possibilité d’employer ces surfaces pour bâtir des biocapteurs SPR. Des peptides de longueur allant de 2 à 5 résidus attachés à 3-MPA ont été synthétisés sur support solide. Cette étude a démontré que l’augmentation de la longueur des peptides formés d’AA résistants aux NBS accroit leur résistance jusqu’à 5 résidus. Le composé le plus performant de ce type (3-MPA-(Ser)5-OH) a permis d’atteindre 180 ng/cm². Cette valeur est similaire à celle des meilleures surfaces disponibles commercialement, notamment les surfaces de polyethylène glycol (PEG) à 100 ng/cm². Des surfaces de 3-MPA-(Ser)5-OH ont permis l’étalonnage de la β-lactamase et sa quantification directe dans un lysat cellulaire. La LOD pour ces biocapteurs est de 10 nM. Une troisième génération de surfaces peptidiques binaires a permis la réduction de la NSB jusqu’à un niveau de 23±10 ng/cm² une valeur comparable aux meilleures surfaces disponibles. Ces surfaces ont permis l’étalonnage d’un indicateur potentiel du cancer la metalloprotéinase-3 de matrice (MMP-3). Les surfaces formées de peptides binaires (3-MPA-H3D2-OH) ont permis la quantification directe de la MMP-3 dans le sérum sanguin complet. Une quatrième génération de surfaces peptidiques a permis de réduire davantage le niveau de NSB jusqu’à une valeur de 12 ± 11 ng/cm². Ces surfaces ont été modifiées en y attachant une terminaison de type acide nitriloacétique (NTA) afin d’y attacher des biomolécules marquées par six résidus histidines terminaux. Ces surfaces ont permis le développement d’une méthode rapide de balayage des ligands ciblant le « cluster of differenciation-36 » (CD36). L’étude d’électroformation des monocouches de peptide a permis de déterminer les conditions de formation optimales d’une couche de 3-MPA-HHHDD-OH permettant ainsi la formation de monocouches résistantes au NSB en moins de 6 minutes en appliquant un potentiel de formation de 200mV vs Ag/AgCl.