Enklere fremstilling af nanogaps

Plasmoner, som er tæthedsbølger af elektroner, er af stor interesse for rene og anvendte videnskabsmænd på grund af deres nye egenskaber, og på grund af deres anvendelse på sanse- og fotoniske teknologier. Disse anvendelser er mulige, fordi plasmoner er følsomme over for overfladeegenskaber, og tillade koncentration af elektriske felter i små volumener. Fremstilling af de indviklede nanostrukturer, der er nødvendige for at understøtte plasmoner, imidlertid, har vist sig at være en udfordring. Nu en ligefrem fremstillingsteknik, i stand til at generere plasmon-understøttende nanogap-strukturer over store områder, er blevet demonstreret af Wakana Kubo og Shigenori Fujikawa fra RIKEN Innovation Center, Wako, og Japan Science and Technology Agency.

Forskerne fremstillede mange kopier af en struktur bestående af to indlejrede lodrette guldcylindre, med cylindrene adskilt med snesevis af nanometer. Denne struktur, kaldet en 'dobbelt nanopiller', blev designet til at understøtte et stærkt koncentreret elektrisk felt i mellemrummet mellem cylindrene, som reaktion på belysning med lys. Når mellemrummet var fyldt med en væske eller gas, de optiske egenskaber af den dobbelte nanopøjle ændrede sig, gør det til en nyttig sensor.

Typisk, strukturer med tæt mellemrum, såsom den dobbelte nanopøjle, fremstilles individuelt ved at skære en polymerresist med en elektronstråle, men denne proces er langsom og kan kun mønstre små områder. Fujikawa og kolleger brugte i stedet en skabelonbaseret belægningsproces. De ætsede en siliciumwafer for at lave en form af periodiske huller, og påførte formen på en blød polymerfilm, resulterer i en række polymersøjler. De beklædte derefter disse søjler med et guldlag, efterfulgt af en afstandsholder, og et andet guldlag. Endelig, de fjernede polymerfilmen og afstandslagene, efterlader et dobbelt nanopillar array (fig. 1). Ved at bruge denne proces, forskerne kunne lave et mønstret område så stort som den originale skabelon, og tilpasse den til at omfatte forskellige afstandsmaterialer med fint kontrollerede tykkelser.

Kubo og Fujikawa testede de dobbelte nanopiller som sensorer for brydningsindeks, som viste følsomheder, der var større end sensorer, der havde tilsvarende metaloverfladearealer, men som ikke havde et nanoskalagab. Denne sammenligning viste, at det elektriske felt i de dobbelte nanopiller faktisk var meget koncentreret. Den nye fremstillingsproces markerer kun begyndelsen på et udvidet forskningsprogram, siger Fujikawa. "Vi forstår ikke fuldt ud den optiske adfærd af disse nanostrukturer, ” forklarer han. "Vi vil opsøge samarbejder med andre forskere for at undersøge dem nærmere, og vil prøve at inkludere magnetiske, elektriske og organiske materialer ind i vores proces."