Forskere banebrydende ny teknik til at lave plasmoniske nanogap -arrays

I jagten på at udnytte unikke ejendomme i nanoskalaen, forskere ved Stevens Institute of Technology har udviklet en ny teknik til at skabe ensartede arrays af metalliske nanostrukturer. Et team af fakulteter og studerende i Institut for Fysik og Ingeniørfysik, ledet af Dr. Stefan Strauf, tilegnede metoder fra holografisk litografi for at demonstrere en ny tilgang til opskalering af fremstilling af plasmoniske nanogap -arrays, samtidig med at omkostninger og infrastruktur reduceres. Et papir om teknikken dukkede for nylig op i Nano bogstaver 11, 2715 (2011).

"Prof. Strauf forsker i spidsen for fysik, "siger Dr. Rainer Martini, Afdelingsdirektør for fysik og ingeniørfysik. "Hans laboratorium producerer forskningsgennembrud med indflydelse langt ud over sit eget felt samt giver fremragende lærings- og udgivelsesmuligheder for kandidat- og bachelorstuderende."

Plasmoniske nanogap -arrays er i det væsentlige ensartet placeret metalliske nanostrukturer, der har et lille luftgab mellem naboer. Ved at skabe stærkt begrænsede elektriske felter under optisk belysning, disse små luftgab gør det muligt for forskere at bruge arrays i en række forskellige applikationer, især ved miniaturisering af fotoniske kredsløb og ultralydsfølsom registrering. Sådanne sensorer kan bruges til at detektere tilstedeværelsen af ​​specifikke proteiner eller kemikalier ned til niveauet for enkelte molekyler, eller anvendes i mikroskopi med høj opløsning. Nanofotoniske kredsløb, i stand til at overføre enorme mængder information, anses for at være afgørende for at skabe exaflop -behandlingstiden og en ny generation inden for computerkraft.

Etablerede fremstillingsteknikker til nanogap -arrays har fokuseret på serielle metoder, som er tidskrævende, har en lav gennemstrømning, og er derfor dyre. Holografisk litografi (HL), en optisk tilgang, der udnytter interferensmønstre af laserstråler til at skabe periodiske mønstre, tidligere var blevet påvist at skabe sub -bølgelængdefunktioner. Dr. Straufs team avancerede HL-metoden ved at bruge fire-stråle interferens og konceptet med et sammensat gitter til at skabe afstemmelige tvillingemotiver til en polymerskabelon, resulterer i metalliske luftgab ned til 7 nm, halvfjerds gange mindre end bølgelængderne af det blå laserlys, der bruges til at skrive funktionerne.

Stevens -forskerne udvidede nytten af ​​HL til at skabe huller med resultater, der kan sammenlignes med besværlige serielle fremstillingsteknikker, såsom elektronstråle -litografi eller fokuseret ionstrålefræsning. Udover at være en enklere og mere omkostningseffektiv produktionsmetode, deres teknik kræver ikke et rent rum og opnår i øjeblikket 90% ensartethed i array -mønsteret. Derfor, disse innovationer danner grundlaget for at lave høj kvalitet, store arrays med en større hastighed og lavere omkostninger end tidligere realiserbar.

"Dette forskningsprojekt gav mig en mulighed for at blive ekspert med HL -teknikken, "siger Xi Zhang, den første forfatter til Nano Letters -artiklen og en ph.d. -kandidat. Xi og hendes medstuderende måler nu de overfladeforbedrede Raman -spredningseffekter (SERS), der følger af disse arrays, og fortsætter med at forbedre arraysens ensartethed under fremstilling. "Vi har lige fået nogle fremragende resultater fra det første SERS -eksperiment, og der er bestemt flere papirer at følge op, " hun siger.

Dr. Strauf er direktør for NanoPhotonics Laboratory (NPL) på Stevens, hvor han fører tilsyn med banebrydende forskning inden for solid-state nanofotonik og nanoelektronik. Forskning på laboratoriet omfatter udvikling af fremstillingsmetoder til nanoskala materialer og applikationer til kvanteudstyr. Nylige NPL -projekter har resulteret i papirer offentliggjort om kvanteprikker og grafen. Laboratoriet har modtaget projektstøtte fra Air Force Office of Scientific Research og to National Science Foundation instrumenteringsstipendier. Dr. Strauf er også modtager af den prestigefyldte NSF CAREER Award.