Skriver med elektronstrålen - nu i sølv

Når det kommer til ekstremt fint, præcise funktioner, et scanning elektronmikroskop (SEM) er uovertruffen. En fokuseret elektronstråle kan direkte afsætte komplekse funktioner på et substrat i et enkelt trin (elektron-stråle-induceret aflejring, EBID). Selvom dette er en etableret teknik til guld, platin, kobber og andre metaller, direkte elektronstråleskrivning af sølv forblev uhåndgribelig. Endnu, ædelmetallet sølv lover særligt interessante potentielle anvendelser inden for nanooptik i informationsteknologi. For første gang har et hold fra HZB og de schweiziske føderale laboratorier for materialevidenskab og teknologi (EMPA) med succes realiseret den lokale aflejring af sølvnanokrystaller ved hjælp af EBID.

Resultaterne er nu blevet offentliggjort i tidsskriftet American Chemical Society's ACS Applied Materials Interfaces .

Kemien af ​​typiske sølvforbindelser er ekstremt udfordrende. De er svære at fordampe og er meget reaktive. Under opvarmningen i injektionsenheden, de har en tendens til at reagere kemisk med reservoirvæggene. Langs deres vej fra reservoiret til spidsen af ​​nålen, disse forbindelser fryser igen ved det mindste temperaturfald og tilstopper røret. "Det tog os meget tid og kræfter at designe en ny injektionsenhed og finde en passende sølvblanding", forklarer HZB-fysiker Dr. Katja Höflich, der udførte eksperimenterne som en del af et Helmholtz Postdoctoral Fellowship ved EMPA. "Endelig, vi klarede det. Forbindelsen sølvdimethylbutyrat forbliver stabil og dissocierer kun i elektronstrålens fokus." Höflich og hendes kolleger brugte EBID-metoden til at skabe skarpt definerede områder af små sølvnanokrystaller for første gang.

Skrivning med elektronstrålen

Princippet fungerer som følger:Små mængder af et prækursorstof - typisk en metal-organisk forbindelse - sprøjtes ind i vakuumkammeret på SEM nær overfladen af ​​prøven ved hjælp af en nål. Hvor elektronstrålen rammer prøveoverfladen, precursor-molekylerne dissocierer, og deres ikke-flygtige bestanddele aflejres på plads. Elektronstrålen kan bevæge sig som en pen over substratet for at skabe de ønskede funktioner. For mange prækursorstoffer virker dette selv i tre dimensioner.

De fremstillede sølv nanostrukturer besidder bemærkelsesværdige optiske egenskaber:synligt lys kan excitere de frie elektroner i metallet til svingninger kaldet plasmoner. Plasmoner ledsages af en ekstrem belysning. Oplysninger om overfladernes sammensætning kan fås ud fra farven og intensiteten af ​​dette spredte lys. Denne effekt kan bruges i Raman-spektroskopi til at detektere fingeraftrykket af specifikke molekyler, der binder til sølvoverfladen - ned til niveauet af et enkelt molekyle. Derfor, sølv nanostrukturer er gode kandidater som sensorer for sprængstoffer eller andre farlige forbindelser.

Yderligere anvendelser er tænkelige i fremtidens informationsteknologi:komplekse sølvnanostrukturer kan danne grundlag for ren optisk informationsbehandling. For at indse dette, processen skal forfines, sådan at komplekse træk kan skrives direkte som allerede muligt for andre prækursorforbindelser.