"Self-orienting nanocubes for the assembly of plasmonic nanojunctions". B. Gao, G. Arya, A. R. Tao. NATURE NANOTECHNOLOGY. In press. DOI: 10.1038/nnano.2012.83
Plasmonic hot spots are formed when metal surfaces with high curvature
are separated by nanoscale gaps and an electromagnetic field is
localized within the gaps. These hot spots are responsible for phenomena
such as subwavelength focusing, surface-enhanced Raman spectroscopy and electromagnetic transparency, and depend on the geometry of the nanojunctions between the metal surfaces. Direct-write techniques such as electron-beam lithography can create complex nanostructures with impressive spatial control
but struggle to fabricate gaps on the order of a few nanometres or
manufacture arrays of nanojunctions in a scalable manner. Self-assembly
methods, in contrast, can be carried out on a massively parallel scale
using metal nanoparticle building blocks of specific shape.
Here, we show that polymer-grafted metal nanocubes can be
self-assembled into arrays of one-dimensional strings that have
well-defined interparticle orientations and tunable electromagnetic
properties. The nanocubes are assembled within a polymer thin film and
we observe unique superstructures derived from edge–edge or face–face
interactions between the nanocubes. The assembly process is strongly
dependent on parameters such as polymer chain length, rigidity or
grafting density, and can be predicted by free energy calculations.
La formación de "hot spots" plasmónicos ocurre cuando las superficies metálicas de gran curvatura se encuentran separadas por espaciamientos nanométricos y el campo electromagnético se localiza en dichos espaciamientos. Estos "hot spots" son los responables de fenómenos tales como el enfocamiento por debajo de la longitud de onda, la espectroscopia Raman incrementada de superficie y la transparencia electromagnética, que dependen de la geometría de las nanouniones que existen entre las superficies metálicas. Las técnicas de escritura directa, tales como la litografía por haces de electrones, pueden crear nanoestructuras complejas con un control espacial impresionante, pero luchan por fabricar espaciamientos del orden de algunos nanómetros o por fabricar arreglos de nanonuniones de manera escalable. Los métodos de autoensamblaje, por el contrario, ocurren a la misma escala pero masivamente, utilizando como bloques de construcción nanopartículas metálicas de formas específicas. Aquí se muestra que un polímero injertado con nanocubos metálicos puede ser autoensamblado en arreglos de cuerdas unidimensionales, con orientaciones bien definidas entre las partículas y con propiedades electromagnéticas sintonizables. Los nanocubos se ensamblan en una película delgada polimérica y se observan superestructuras únicas que se derivan de las interacciones arista-arista o cara-cara entre los nanocubos. El proceso de ensamblado depende fuertemente de parámetros tales como la longitud de cadena del polímero, la rigidez o la densidad de injertos, y es bien descrito mediante cálculos de energía libre.
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