[发明专利]利用全息光学镊子处理纳米导线的系统和方法

说明书

技术领域

[0003]本发明一般涉及半导体和金属纳米导线。本发明具体涉及在有全息光学陷阱阵列的溶液中操作和处理半导体和金属纳米导线。

背景技术

[0004]半导体和金属纳米导线是具有独特电学和光学性质的一维结构，它们可用作纳米尺度装置的基本单元。它们的低维数意味着具有量子约束效应。由于这个和其他的原因，这种纳米导线是用于组装功能电子和光子装置的各种基本单元。实现它们的潜在能力需要有把它们组装成复杂和具体组织结构的有效方法。

发明内容

[0005]本发明的一个目的是提供一种用于操作半导体和金属纳米导线的改进系统和方法。

[0006]本发明的另一个目的是提供一种用于增大力的量的改进系统和方法，在减小辐射损伤的同时，该力可以作用到半导体和金属纳米导线上。

[0007]本发明的另一个实施例是提供一种用于平移半导体和金属纳米导线的改进系统和方法。

[0008]按照以上的目的和以下解释的其他目的，本发明涉及一种利用全息光学镊子阵列的系统和方法，它可以把纳米导线组装成精密组织的二维和三维结构。横截面小至20nm和长度超过20μm的各个纳米导线能够利用其他的方法被隔离，平移，旋转，操作，并在单个陷阱没有可辨别影响的条件下，它们被沉积到有全息光学陷阱阵列的基片上。被高度聚焦陷阱诱发的空间定域光热和光化学过程还可用于熔化局部区域到各个纳米导线上并熔合纳米导线接合点。

[0009]根据以下结合附图的详细描述，本发明的这些和其他目的，优点和特征以及它们的组织和操作方式是显而易见的，其中相同的元件在以下描述的几个附图中有相同的参考数字。

附图说明

[0010]图1(a)是线性60-陷阱阵列的聚焦光束的图像；和

[0011]图1(b)是被光学陷阱阵列旋转和平移的单个CdS纳米导线的多次曝光图像。

具体实施方式

[0012]本发明提供一种在有全息光学陷阱阵列的溶液中操作和处理纳米导线的系统和方法。在本发明的一个实施例中，CdS和Si纳米导线被分散在水中以实现本发明。在这个具体的实施例中，CdS纳米导线的标称直径是80nm和长度高达20μm，而Si纳米导线有更大的纵横比，其直径可以小至20nm。这些样本被注入到约40μm厚的缝隙中，它是通过密封透明玻璃盖片的边缘到显微镜载片的表面上制成的。这两种材料的密度远远大于水的密度(ρ_CdS＝4.8g/cm³，ρ_Si＝2.3g/cm³)，并快速地沉积到较低的玻璃壁上，其中CdS样本基本上完全是在该平面上。在本发明的这个实施例中，密封的样本被安装到Zeiss Axiovert S100-TV显微镜的平台上便于观察和操作，它装备100xNA 1.4 S-Plan Apo油浸物镜。这个透镜用于建立被分散纳米导线的明场图像并把连续波(CW)倍频Nd:YVO₄激光器的光聚焦成光学陷阱，该激光器工作在532nm(Coherent Verdi)。

[0013]高度聚焦的单个光束形成称之为光学镊子的光学陷阱，它能够沿三维方向捕获中型物体。然而，在低于约1W的激光功率下，单个光学镊子似乎不能够移动任何类型的半导体纳米导线。每当焦点传输通过纳米导线时，在较高功率下的快速加热可以导致汽泡的形成。这种快速加热还可以导致纳米导线本身的明显变化，其中包括弯曲，球状体的形成，和甚至裂纹。这是与在很大的光子通量传输通过聚焦体积时形成的光吸收加热一致。

[0014]为了在减小辐射损伤的同时有更大的力作用到纳米导线上，利用动态全息光学镊子技术，投射大量衍射受限的光学陷阱。这种方法利用空间光调制器(SLM)(Hamamatsu X7550 PAL-SLM)印制计算机设计的相位全息图，它可以在聚焦之前编码理想的陷阱阵列到激光束的波前上。通过投射一系列编码中间捕获配置序列的全息图，该陷阱阵列中的每个陷阱可以沿三维方向独立地平移。

[0015]图1(a)中的图像表示来自线性60-陷阱阵列的聚焦光，它可以移动图1(b)中所示的CdS纳米导线。在这种情况下，该陷阱阵列被聚焦成在0.5μm内的纳米导线平面和每个陷阱提供3mW的功率。即使在这种比较低的激光功率下，初始取向垂直于光学陷阱阵列的纳米导线旋转成在几秒内的重合。给定陷阱之间隔开的距离为0.4μm，在它的最终配置中大致有15个陷阱被同时排列到这个纳米导线上。