Forskere bruger elektronstråler til kemiske reaktioner

Elektronmikroskoper bruger fokuserede elektronstråler til at synliggøre ekstremt små objekter. Ved at kombinere instrumentet med et gasinjektionssystem kan materialeprøver manipuleres, og overfladestrukturer, der kun måler nanometer på tværs, kan "skrives". schweiziske forskere ved EMPA, sammen med forskere fra EPFL, brugt denne metode til at forbedre lasere.

Den lodrette hulrumsoverfladeemitterende laser (VCSEL) er en halvlederlaser, der ofte bruges i datatransmission til korte afstande, f.eks. Gigabit Ethernet. Disse lasere er meget populære inden for telekommunikation, fordi de bruger lidt energi og simpelthen kan fremstilles i mængder på mange titusinder på en enkelt wafer. Imidlertid, disse VCSEL'er kan udvise en svaghed:På grund af den cylindriske struktur, hvori laserne er bygget op på waferen, polariseringen af ​​det udsendte lys kan nogle gange ændre sig under drift. Polarisering er en egenskab ved visse bølger, såsom lysbølger, og den beskriver oscillationsretningen. En stabil polarisering er nødvendig for at reducere transmissionsfejl og for at bruge VCSEL'er i fremtidig siliciumfotonik.

Holdet ledet af Empa-forsker Ivo Utke, sammen med forskere fra Laboratory of Physics of Nanostructures ved EPFL, kunne yde hjælp ved hjælp af en metode kaldet FEBIP (fokuseret elektronstråleinduceret behandling). "Vi har skrevet flade gitterstrukturer på VCSEL'erne med en elektronstråle, ” siger Utke i sin beskrivelse af deres løsning, "og ristene var effektive til at stabilisere polariseringen." Undersøgelsen er for nylig blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift "Nanoscale" som en avanceret online publikation.

Lille, minimalt invasiv, direkte

FEBIP er velegnet til prototyping af nanokomponenter, for at løse specifikke spørgsmål og problemer inden for anvendt nanoelektronik, nanofotonik og nanobiologi. Egnede gasmolekyler injiceres tæt på en prøve, som allerede er i mikroskopets vakuumkammer. Disse adsorberes på prøven på en reversibel måde. Den fokuserede elektronstråle, som normalt tjener til at synliggøre objekter, fremkalder nu i stedet kemiske reaktioner af de adsorberede gasmolekyler, men kun på det sted, hvor strålen rammer overfladen. De resulterende ikke-flygtige molekylære fragmenter forbliver derefter permanent på prøven, mens de flygtige fragmenter fjernes af vakuumsystemet. "Ved hjælp af en præcist placeret elektronstråle, det er muligt at fjerne eller påføre overfladestrukturer med nanometerpræcision og i stort set alle ønskede tredimensionelle former, ”Forklarer Utke. "FEBIP kan snart blive en sand nanofabrikationsplatform til hurtig prototyping af nanostrukturer på en minimalt invasiv måde, uden at det kræver den store investering i et rent rum.”