Synthesis of Doped, Plasmonic Nanodiamonds from Vapor Precursors by Plasma-based Strategies

通过基于等离子体的策略从蒸气前体合成掺杂的等离子体纳米金刚石

基本信息

  • 批准号:
    1708742
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 44.67万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nontechnical Description: When light impinges on a metal it may cause the free electrons in the material to move in unison, with the collective oscillations known as plasmons. The plasmonic properties of metals are responsible for some of the vibrant colors of stained glass windows decorating buildings all around the world. At the same time, plasmonic phenomena are at the heart of emerging telecommunications devices, energy harvesting technologies, and healthcare. However, the most commonly studied plasmonic metals, gold and silver, have several drawbacks including their relatively high cost, limited optical properties, and energetic losses. Alternately, semiconductors grown with intentionally added impurity atoms also exhibit tunable plasmonic properties while additionally being compatible with microelectronics manufacturing processes. This project seeks to add impurity-doped diamond, due to its optical transparency, chemical inertness, and biocompatibility, as a new semiconductor-based plasmonic material. Undergraduate and high school students are involved in the research to motivate and prepare them for careers in science, technology and engineering desciplines. In addition, international experiences are planned in sub-Saharan Africa and Italy for graduate students to illustrate the connection between research and societal challenges.Technical Description: The goal of the project is to develop diamond as a plasmonic material. The project is divided into two thrusts. The first thrust comprises synthesis of nanodiamonds doped with impurities, which can support localized surface plasmon resonances. The second thrust addresses optical characterization of the plasmonic properties of doped nanodiamonds. To synthesize doped nanodiamonds, a plasma process is utilized in which molecular vapor precursors are dissociated to homogeneously (substrate-free) nucleated aerosol particles. Doping is carried out by co-precipitation of the diamond nuclei with the impurity atoms, analogous to chemical vapor deposition. Assessment of the doping level and nature of doping (surface vs. bulk) is carried out utilizing a suite of materials analysis techniques. The optical properties of the resulting material are characterized by variable angle spectroscopic ellipsometry and dark field microscopy. An interdisciplinary team is collaborating on the research, exchanging knowledge in materials synthesis, materials characterization, and optical spectroscopy, with a common goal of creating a de novo class of superior plasmonic materials. Low loss and biocompatible plasmonic nanodiamonds may unlock several technological opportunities, spanning applications from quantum computing to precision medicine.
非技术描述:当光撞击金属上时,可能会导致材料中的自由电子一致移动,而集体振荡被称为等离子体。金属的等离子体特性负责世界各地的彩色玻璃窗装饰建筑物的一些鲜艳的颜色。同时,等离子体现象是新兴的电信设备,能源收集技术和医疗保健的核心。 但是,最常见的等离子金属,金和银具有几个缺点,包括它们相对较高的成本,有限的光学特性和能量损失。 或者,具有有意添加的杂质原子的半导体也表现出可调的等离子体特性,同时与微电子制造过程兼容。由于其光学透明度,化学惰性和生物相容性,该项目旨在增加杂质的钻石,作为一种新的基于半导体的等离激元材料。 本科生和高中生参与了研究,以激励和为科学,技术和工程衰落领域的职业做好准备。 此外,计划在撒哈拉以南非洲和意大利的国际经验,以供研究生说明研究与社会挑战之间的联系。技术描述:该项目的目的是将钻石作为血浆材料开发。 该项目分为两个推力。第一个推力包括掺杂杂质的纳米木符合的合成,可以支持局部的表面等离子体共振。第二个推力介绍了掺杂纳米原子的等离子特性的光学表征。 为了综合掺杂的纳米座,使用了一个血浆过程,其中分子蒸气前体与同质(无基质)核定的气溶胶颗粒分离。 掺杂是通过与杂质原子的钻石核共沉淀的,类似于化学蒸气沉积。 使用一套材料分析技术对掺杂水平和掺杂性的性质进行评估(表面与散装)。 所得材料的光学特性以变化角度光谱椭圆法和暗场显微镜为特征。 一个跨学科的团队正在研究研究,交换材料合成,材料表征和光谱学方面的知识,并具有创建从头类别的优质等离子体材料的共同目标。低损耗和生物相容性的等离子纳米木梁可能会解锁几种技术机会,从量子计算到精确医学。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Plasmas for additive manufacturing
  • DOI:
    10.1002/ppap.202000009
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Yongkun Sui;C. Zorman;R. M. Sankaran
  • 通讯作者:
    Yongkun Sui;C. Zorman;R. M. Sankaran
Synthesis of large-area MoS 2 films by plasma-enhanced chemical film conversion of solution-processed ammonium tetrathiomolybdate
溶液法四硫代钼酸铵等离子体增强化学膜转化合成大面积MoS2薄膜
  • DOI:
    10.1116/6.0000599
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Bhattacharya, Souvik;Liu, Tianqi;Ye, Zhipeng;He, Rui;Mohan Sankaran, R.
  • 通讯作者:
    Mohan Sankaran, R.
Hydrogen Sensing Using Thin-Film Perfect Light Absorber
  • DOI:
    10.1021/acsphotonics.9b00764
  • 发表时间:
    2019-08-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    ElKabbash, Mohamed;Sreekanth, Kandammathe, V;Strangi, Giuseppe
  • 通讯作者:
    Strangi, Giuseppe
Cooperative Energy Transfer Controls the Spontaneous Emission Rate Beyond Field Enhancement Limits
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.122.203901
  • 发表时间:
    2019-05-22
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    ElKabbash, Mohamed;Miele, Ermanno;Strangi, Giuseppe
  • 通讯作者:
    Strangi, Giuseppe
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