افتعال Nanogaps بواسطة Nanoskiving
Summary
تلفيق عنونة كهربائيا، التي تبلغ نسبة أبعادها عالية (> 1000:1) يوصف أسلاك معدنية مفصولة الثغرات من نانومتر واحد باستخدام إما فداء طبقات من الألومنيوم والفضة أو المجمعة monolayers النفس كقوالب. هي ملفقة هذه الهياكل nanogap دون غرفة نظيفة أو أي عمليات الطباعة الحجرية الصور أو شعاع الإلكترون بواسطة شكل من أشكال حافة الطباعة الحجرية المعروفة باسم nanoskiving.
Abstract
هناك عدة طرق لافتعال nanogaps مع المباعدة التي تسيطر عليها، ولكن مراقبة دقيقة على مدى التباعد نانومتر الفرعية بين قطبين وتوليد لهم في العملية كميات-لا يزال تحديا. إعداد الأقطاب nanogap باستخدام nanoskiving، الذي هو شكل من أشكال حافة الطباعة الحجرية، هو، تقنية بسيطة وقوية بسرعة. هذا الأسلوب هو عملية ميكانيكية تماما الذي لا يتضمن أي صور أو خطوات الطباعة الحجرية شعاع الإلكترون و لا يتطلب أي معدات خاصة أو البنية التحتية مثل غرف نظيفة. يستخدم Nanoskiving الى افتعال nanogaps عنونة كهربائيا مع التحكم في جميع الأبعاد الثلاثة؛ يتم تعريف أصغر البعد من هذه الهياكل من قبل سماكة طبقة الذبيحه (القاعدة أو حج) أو المجمعة monolayers النفس. هذه الأسلاك يمكن وضعه يدويا عن طريق نقلهم على قطرات من الماء ومباشرة كهربائيا عنونة؛ لا يلزم الطباعة الحجرية أخرى لربطها إلىالمكهار.
Introduction
تصف هذه الورقة تلفيق عنونة كهربائيا، أسلاك التي تبلغ نسبة أبعادها عالية من الذهب مفصولة الثغرات من نانومتر واحد باستخدام فراغ المودعة الألومنيوم والفضة باعتبارها طبقات التبادل فداء للفجوات> 5 نانومتر، والمجمعة monolayers النفس (صواريخ سام) من alkanedithiols لفجوات صغيرة مثل 1.7 نانومتر. نحن ملفقة هذه النانو دون غرفة نظيفة أو أي عمليات الفوتوليتوغرافية من قبل باجتزاء الهياكل شطيرة من الذهب مفصولة فاصل الأضاحي باستخدام مشراح مستدق، وهو شكل من حافة الطباعة الحجرية المعروفة باسم nanoskiving. 1-3 هذا الأسلوب هو مزيج من ترسب معدنية رقيقة الأفلام وباجتزاء باستخدام مشراح مستدق. الخطوة الرئيسية في nanoskiving يتم تقطيع الشرائح الرقيقة مع مشراح مستدق مجهزة سكين الماس التي يتم تركيبها على قارب الكامل من المياه لإنتاج ألواح التي هي رقيقة مثل ~ 30 نانومتر. وتستخدم على نطاق واسع Ultramicrotomes لإعداد العينات رقيقة للتصوير مع البصرية أو انتخابرون المجهري والعديد من أكثر الممارسين تجربة ultramicrotomy تأتي من خلفية البيولوجية أو الطبية. هناك عدة طرق لnanogaps افتعال بما في ذلك الوصلات الميكانيكية انقطاع، 4 شعاع الإلكترون الطباعة الحجرية 5، كهروكيميائية تصفيح، 6، 7 electromigration، 8 تركيزا أيون الطباعة الحجرية شعاع، 9 تبخر الظل، 10 مسبار المسح الضوئي ومجهر القوة الذرية، 11 الطباعة الحجرية على الأسلاك ، الحكام 12 والجزيئية. 13 كل هذه الأساليب لها سماتها الخاصة والتطبيقات ولكن إنتاج ومعالجة nanogaps سواء من حيث الأرقام مفيدة ومع مراقبة دقيقة على مدى أبعاد الفجوة لا تزال تشكل تحديا. وبالإضافة إلى ذلك هذه الأساليب لديهم ارتفاع تكاليف التشغيل، فإنها تقتصر على فئة من المواد التي يمكن أن تنجو من عمليات الحفر، وتقتصر في القرار. Nanoskiving تمكن تلفيق السريع للأسلاك كهربائيا عنونة مع spacinGS من نانومتر واحد على مقعد بين كبار. ونحن مهتمون في النماذج الأولية السريعة من النانو للإلكترونيات الجزيئية، التي الأقطاب نانو ملفقة لا تتطلب تقنيات متخصصة أو تستغرق وقتا طويلا؛ 14 مرة يتم كتلة، يمكن أن تنتج مئات الآلاف من النانو، (متسلسل) على الطلب. ومع ذلك، فإن التقنية ليست محدودة لصواريخ سام أو الإلكترونيات الجزيئية، وهي طريقة عامة لإعداد وجود فجوة بين اثنين النانو. في هذه الورقة التي نستخدمها الفضة والألومنيوم، وصواريخ سام على هيئة طبقات فداء لإنتاج الثغرات من مختلف الأحجام بين أسلاك الذهب، ولكن هذه التقنية لا تقتصر على هذه المواد (أو أسلاك معدنية). الأسلاك هي انتقاء ومكان ومتوافقة مع محاذاة المغناطيسي، وبالتالي فإنها يمكن وضعها على ركائز التعسفي. 15 قوة أخرى من nanoskiving هو أنه يتيح السيطرة على جميع الأبعاد الثلاثة. ويتم تحديد أبعاد العينات عن طريق تضاريس الركيزة (X)، فيسمك الفيلم المودعة (Y) وسمك البلاطة التي تنتجها مشراح مستدق (Z). الشكل 1 يلخص الإجراءات المستخدمة لإنتاج أسلاك مع تباعد محددة. تودع ميزات الذهب (1-2 ملم في الطول) عن طريق التبخر من خلال قناع تفلون على ركيزة السيليكون. Epofix (الميكروسكوب الإلكتروني العلوم) يسكب الايبوكسي قبل البوليمر على الرقاقة بأكملها، التي تغطي المزايا والذهب، وعندما يتم الشفاء من الايبوكسي، ويتم فصل الايبوكسي من رقاقة (أي عن طريق قالب التجريد)؛ تبقى ملامح الذهب انضمت إلى الايبوكسي . لطبقات فداء لامع، يبخر الألومنيوم أو الفضة مع سمك المطلوب من خلال قناع تفلون مع إزاحة 200-500 ميكرون على ميزات الذهب. لإنتاج الفرعي 5 ثغرات نانومتر، يتم تشكيل SAM بواسطة غمر ملامح الذهب في محلول 1 ملم الايثانول من ثنائي الثيول المناسبة بين عشية وضحاها. وتودع وهناك مجموعة ثانية من الذهب (أو أي معدن آخر) عن طريق وضع قناع الظل تفلون علىالطبقة الأولى من الميزات الذهب (المشمولة في الفضة والألومنيوم أو SAM) مع إزاحة 200-500 ميكرون فيما يتعلق تبخر أولا. وهذه الإزاحة تحدد في نهاية المطاف أطول البعد من هذه الفجوة، ويمكن قياسها بدقة باستخدام الصغرى الحاكم قبل تضمين الهيكل بأكمله في الايبوكسي لباجتزاء. ثم تم تضمين الهيكل كله في كتلة من الايبوكسي الذي ثم يمكن أن تكون جاهزة للباجتزاء مع مشراح مستدق. الذراع عينة يحمل كتلة المعدة مع تقدم سكين الماس تجاهها في خطوات للرقابة والتي سوف تحدد سماكة ألواح. يعوم الجزء الناجمة عن المياه في قارب.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذه الورقة أثبتنا في تصنيع الهياكل nanogap باستخدام nanoskiving. هذه طريقة بسيطة تجريبيا يتيح إنتاج النانو بمعدل حوالي واحد في الثانية، مع السيطرة على كل الأبعاد الثلاثة. يتم تعريف بحجم الفجوة من خلال دمج الطبقات إما فداء من الألومنيوم والفضة أو المجمعة monolayers النفس من dithiol…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذا العمل هو جزء من برنامج الطاقة الشمسية المشتركة (JSP) من Hyet الشمسية ومؤسسة Stichting VOOR Fundamenteel Onderzoek دير Materie FOM، الذي هو جزء من المنظمة الهولندية للأبحاث العلمية (NWO).
Materials
| Reagent/Material | |||
| Epofix epoxy resin | Electron Microscopy | 1232 | |
| Sciences | |||
| Gold | Schone Edelmetaal B.V | ||
| Aluminum | Umicore Materials AG | ||
| Silver | Umicore Materials AG | ||
| (tridecafluoro-1,1,2,2, | ABCR GmbH co.KG | 78560-45-9 | |
| -tetrahydrooctyl) | |||
| trichlorosilane | |||
| ,12-dodecanedithiol | Home-synthesised | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| ,14-tetradecanedithiol | synthesized in house | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| ,16-hexadecanedithiol | synthesized in house | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| Equipment | |||
| Thermal deposition system | home-built | ||
| Ultramicrotome | Leica Microsystems | ||
| Dimanod knife ultra 35 | Diatome | DU3540 | |
| Dimanod knife ultra 45 | Scimed GMBH | ||
| Scanning electron microscope | JOEL | ||
| Source meter | Keithley | ||
| Table 1. Tables of Specific Reagents and Equipment. |
References
- Lipomi, D. J., Martinez, R. V., Whitesides, G. M. Use of thin sectioning (nanoskiving) to fabricate nanostructures for electronic and optical applications. Angew. Chem. Int. Ed. 50 (37), 8566-8583 (2011).
- Xu, Q., Rioux, R. M., Dickey, M. D., Whitesides, G. M. Nanoskiving: A new method to produce arrays of nanostructures. Acc. Chem. Res. 41 (12), 1566-1577 (2008).
- Xu, Q., Rioux, R. M., Whitesides, G. M. Fabrication of complex metallic nanostructures by nanoskiving. ACS Nano. 1 (3), 215-227 (2007).
- Reed, M. A., Zhou, C., Muller, C. J., Burgin, T. P., Tour, J. M. Conductance of a molecular junction. Science. 278 (5336), 252-254 (1997).
- Chen, W., Ahmed, H., Nakazoto, K. Coulomb blockade at 77 k in nanoscale metallic islands in a lateral nanostructure. Appl. Phys. Let. 66 (24), 3383-3384 (1995).
- Morpurgo, A. F., Marcus, C. M., Robinson, D. B. Controlled fabrication of metallic electrodes with atomic separation. Appl. Phys. Let. 74 (14), 2084-2086 (1999).
- Paska, Y., Haick, H. Systematic cross-linking changes within a self-assembled monolayer in a nanogap junction: A tool for investigating the intermolecular electronic coupling. J. Am. Chem. Soc. 132 (6), 1774-1775 (2010).
- Park, J., Pasupathy, A. N., Goldsmith, J. I., Chang, C., Yaish, Y., Petta, J. R., Rinkoski, M., Sethna, J. P., Abruna, H. D., McEuen, P. L., Ralph, D. C. Coulomb blockade and the kondo effect in single-atom transistors. Nature. 417 (6890), 722-725 (2002).
- Nagase, T., Kubota, T., Mashiko, S. Fabrication of nano-gap electrodes for measuring electrical properties of organic molecules using a focused ion beam. Thin Solid Films. 438-439, 374-377 (2003).
- Kubatkin, S., Danilov, A., Hjort, M., Cornil, J., Brédas, J. -. L., Stuhr-Hansen, N., Hedegård, P., Bjørnholm, T. Single-Electron Transistor of a Single Organic Molecule with Access to Several Redox States. Nature. 425 (6959), 698-701 (2003).
- Notargiacomo, A., Foglietti, V., Cianci, E., Capellini, G., Adami, M., Faraci, P., Evangelisti, F., Nicolini, C. Atomic force microscopy lithography as a nanodevice development technique. Nanotechnology. 10 (4), 458-463 (1999).
- Qin, L., Park, S., Huang, L., Mirkin, C. A. On-wire lithography. Science. 309 (5731), 113-115 (2005).
- Hatzor, A., Weiss, P. S. Molecular rulers for scaling down nanostructures. Science. 291 (5506), 1019-1020 (2001).
- Pourhossein, P., Chiechi, R. C. Directly addressable sub-3 nm gold nano-gaps fabricated by nanoskiving using self-assembled monolayers as templates. ACS Nano. 6, 5566-5573 (2012).
- Lipomi, D. J., Ilievski, F., Wiley, B. J., Deotare, P. B., Lončar, M., Whitesides, G. M. Integrated fabrication and magnetic positioning of metallic and polymeric nanowires embedded in thin epoxy slabs. ACS Nano. 3 (10), 3315-3325 (2009).
- Mays, R. L., Pourhossein, P., Savithri, D., Genzer, J., Chiechi, R. C., Dickey, M. D. Thiol-containing polymeric embedding materials for nanoskiving. Journal of Materials Chemistry C. , (2013).
- Thuo, M. M., Reus, W. F., Nijhuis, C. A., Barber, J. R., Kim, C., Schulz, M. D., Whitesides, G. M. Odd-even effects in charge transport across self-assembled monolayers. J. Am. Chem. Soc. 133 (9), 2962-2975 (2011).
- Song, H., Kim, Y., Jeong, H., Reed, M. A., Lee, T. Coherent Tunneling Transport in Molecular Junctions. J. Phys. Chem. C. 114 (48), 20431-20435 (2010).
- Wang, W. Y., Lee, T., Reed, M. A. Mechanism of Electron Conduction in Self-Assembled Alkanethiol Monolayer Devices. Phys. Rev. B. 68 (3), 035416 (2003).
- Weiss, E. A., Chiechi, R. C., Kaufman, G. K., Kriebel, J. K., Li, Z., Duati, M., Rampi, M. A., Whitesides, G. M. Influence of defects on the electrical characteristics of Mercury-Drop junctions: Self-Assembled monolayers of n- Alkanethiolates on rough and smooth. 129 (14), 4336-4349 (2007).
