Simultane Rasterkraft- und konfokale Fluoreszenzmikroskopie von einzelnen Nanoteilchen

Abstract

Die Verwendung eines kombinierten Setups, bestehend aus einem Rasterkraftmikroskop und einem konfokalen Fluoreszenzmikroskop erlaubte die Untersuchung der strukturellen und photophysikalischen Eigenschaften einzelner nanoskopischer Teilchen. Die hohe räumliche Auflösung des Rasterkraftmikroskops ermöglichte die Identifizierung individueller CdSe-Nanokristalldimere während gleichzeitig die elektronischen Wechselwirkungen zwischen den Nanokristallen innerhalb des Dimers spektroskopisch untersucht werden konnten. Im Vergleich mit einzelnen Nanokristallen zeigten sich Unterschiede in den Emissionsspektren und in den Zerfallskurven, die auf einen interpartikulären Energietransfer hindeuten. Es wurden zum ersten Mal Höhenbilder einzelner Stränge des konjugierten Polymers Poly(2-methoxy-5-(2’-ethylhexyloxy)-p-phenylenvinylen) (MEH-PPV) aufgenommen. Die räumliche Struktur der Stränge wurde auf Grundlage dieser Höhenbilder analysiert und mit ihren spektroskopischen Eigenschaften verglichen. Es wurden Unterschiede in den Konformationen und den Emissionsspektren festgestellt, die auf ein unterschiedliches Löslichkeitsverhalten des MEH-PPV in verschiedenen Lösungsmitteln zurückgeführt wurden, aus denen die Messproben hergestellt wurden. Zusätzlich wurde der Einfluss einer mechanischen Kraft auf die optischen Übergänge einzelner CdSe-Nanokristalle und Rylen-basierter organischer Farbstoffmoleküle (TDI-4PDI) untersucht. Die Spitze des Rasterkraftmikroskops diente dabei als nanoskopischer Stempel, um gerichtete Kräfte im nN-Bereich auszuüben. Bei beiden Probensystemen wurden Verschiebungen der Emissionsmaxima zu höheren oder niedrigeren Energien induziert, die auf eine Beeinflussung des Kristallgitters bzw. der molekularen Konformation durch die mechanische Interaktion mit der Spitze zurückgeführt wurden.

A combined setup, consisting of an atomic force microscope (AFM) and a confocal fluorescence microscope, was used to investigate structural and photophysical properties of single nano-sized particles. The high spatial resolution of the AFM allowed the identification of individual CdSe nanocrystal dimers while simultaneously investigating the electronic interactions between nanocrystals within the dimer spectroscopically. In comparison with single nanocrystals, differences in emission spectra and decay curves were observed, indicating inter-particle energy transfer. For the first time the topography of single conjugated polymer strands of Poly(2-methoxy-5-(2’-ethylhexyloxy)-p-phenylenevinylene) (MEH-PPV) could be measured. Based on these topographies the spatial configuration of single strands were analyzed and compared with their spectroscopic properties. Strands of MEH-PPV prepared from solutions with different solvents displayed differences in their emission spectra and conformations possibly due to different solubility behavior. Furthermore the impact of mechanical forces on the optical transitions of single CdSe-nanocrystals and Rylene-based organic dye molecules (TDI-4PDI) was studied by using the AFM-tip as a nanoscale piston to apply directional forces in the nN range. For both systems shifts of the emission maxima to higher or lower energies were induced, which were attributed to alterations of the crystal lattice or molecular conformation by mechanical interaction with the tip.