Materials development for mid-infrared plasmonic applications

中红外等离子体应用的材料开发

基本信息

  • 批准号:
    1507947
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-09-01 至 2020-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

With this award, the Chemical Measurement and Imaging program of the Division of Chemistry is funding Professors Stefan Franzen and Jon-Paul Maria of the North Carolina State University to explore how plasmon oscillations in the mid-infrared (IR) spectrum can interact with molecular vibrations to enhance the infrared characterization science. To accomplish this goal, the team implements extreme-mobility conductive metal oxides into thin film platforms that support surface plasmon resonance phenomena, and determines how to functionalize them for specific chemical attachments. Broader impacts of this work include scientific impacts well beyond this project, such as (i)the development of new methods to enhance sensing by mode mixing an IR plasmon and an IR absorption band, and (ii) merging IR surface plasmon resonance spectroscopy with fluorescence to monitor surface reactions at the monolayer scale. Educational broader impacts are to be achieved by providing a training ground for graduate students in an interdisciplinary, collaborative research environment.This project merges complementary capabilities in Chemistry and Materials Science that may enable new chemical sensing capabilities. For example, the members of this collaborative research team seek to attach photoactive oligonucleotides to CdO:Dy films using new SAM chemistries and monitor binding simultaneously using fluorescence and mid-IR plasmonic detection. Heretofore, such strategies have generally not been seen using conventional plasmonic materials such as gold nanoparticles that quench fluorescence events. The team is also exploring new plasmonic oxides other than CdO with promising mobility and surface chemistry properties. The experiments include thin film preparation by molecular beam epitaxy and sputtering, film characterization by diffraction, infrared-ellipsometry, and electronic transport. Surface functionalization of these layers utilizes approaches based on chemical attachment with and without ultra-thin interface layers prepared by atomic layer deposition.
化学系化学测量和成像项目获得该奖项,资助北卡罗来纳州立大学的Stefan Franzen教授和Jon-Paul Maria教授探索中红外(IR)光谱中的等离子激元振荡如何与分子振动相互作用,以增强红外表征科学。为了实现这一目标,该团队将极高迁移率的导电金属氧化物安装到支持表面等离子体共振现象的薄膜平台中,并确定如何将其功能化以用于特定的化学附着。这项工作的更广泛影响包括远远超出该项目的科学影响,例如(I)开发通过模式混合红外等离子激元和红外吸收带来增强传感的新方法,以及(Ii)将红外表面等离子激元共振光谱与荧光相结合,以监测单层尺度上的表面反应。通过在跨学科、协作的研究环境中为研究生提供培训场地,将实现更广泛的教育影响。该项目合并了化学和材料科学方面的互补能力,可能实现新的化学传感能力。例如,这个合作研究团队的成员寻求使用新的SAM化学方法将光活性寡核苷酸连接到CDO:Dy薄膜上,并同时使用荧光和中红外等离子体检测来监测结合。到目前为止,这种策略通常还没有使用传统的等离子体材料,如金纳米颗粒,它可以猝灭荧光事件。该团队还在探索除CDO以外的具有良好迁移性和表面化学性质的新型等离子体氧化物。这些实验包括分子束外延和溅射制备薄膜,用衍射法表征薄膜,红外椭偏仪和电子输运。这些层的表面功能化利用了基于化学附着的方法,包括通过原子层沉积制备的超薄界面层和不带超薄界面层的方法。

项目成果

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知道了