Forskere demonstrerer ny, indstillelige nanoantenner

Et forskerhold fra University of Illinois i Urbana-Champaign har udviklet en roman, tunbar nanoantenna, der baner vejen for nye former for plasmonbaserede optomekaniske systemer, hvorved plasmonisk feltforbedring kan aktivere mekanisk bevægelse.

"For nylig, der har været stor interesse for at fremstille metalbaserede nanoteksturerede overflader, der er forprogrammeret til at ændre lysets egenskaber på en bestemt måde, efter at indkommende lys interagerer med det, " forklarede Kimani Toussaint, en lektor i mekanisk videnskab og teknik, der ledede forskningen. "For vores tilgang, man kan tage en nanoarray -struktur, der allerede var fremstillet og yderligere omkonfigurere plasmoniske, og dermed, optiske egenskaber for udvalgte antenner. Derfor, man kan bestemme efter fremstilling, snarere end før, hvordan de vil have deres nanostruktur til at ændre lys. "

Forskerne udviklede en roman, metal, pillar-bowtie nanoantenne (p-BNA) array skabelon på 500 nanometer høje glas søjler (eller stolper). Derved, de viste, at gap-størrelsen for enten individuelle eller multiple p-BNA'er kan tunes ned til ca. 5 nm (ca. 4x mindre end hvad der i øjeblikket kan opnås ved hjælp af konventionelle elektronstråle litografiteknikker).

"På et grundlæggende plan, vores arbejde demonstrerer elektronstrålebaseret manipulation af nanopartikler i en størrelsesorden større end tidligere muligt, ved at bruge en simpel SEM, der kun opererer med en brøkdel af elektronenergierne fra tidligere arbejde, " sagde Brian Roxworthy, som fik sin ph.d. i elektroteknik og computerteknik (ECE) i Illinois og var første forfatter til papiret, der blev offentliggjort i Naturkommunikation .

"Den dramatiske deformation af de nanoantenner, vi observerer, lettes af stærke in-gap-plasmoniske tilstande, der ophidses af de forbipasserende elektroner, som giver anledning til gradueringskræfter af nanoNewton-størrelse på de bestanddelte metalpartikler. "

Det tværfaglige forskerhold - der omfattede Abdul Bhuiya (MS -studerende i ECE -studerende), Xin Yu (ECE post-grad), og K.C. Chow (forskningsingeniør ved mikro- og nanoteknologilaboratoriet)-demonstrerede også, at hulstørrelsen for enten individuelle eller flere p-BNA'er kan indstilles til cirka 5 nm (omtrent 4x mindre end hvad der i øjeblikket kan opnås ved hjælp af konventionel elektronstråle litografi teknikker).

Holdet demonstrerede, at en elektronstråle fra et standard scanningselektronmikroskop (SEM) kan bruges til at deformere enten individuelle p-BNA-strukturer eller grupper af p-BNA'er inden for en sub-array med hastigheder så store som 60 nanometer pr. sekund. En fotonisk krystalfiber blev brugt til at generere (kvasi-hvidt lys) superkontinuum til at undersøge spektralresponsen fra udvalgte regioner i arrayet.

Forskerne sagde, at vigtigheden af ​​dette arbejde er tredelt:Det muliggør afstemning af den optiske (plasmoniske) reaktion fra nanoantennerne, ned til niveauet af en enkelt nanoantenne (ca. 250 nanometer på tværs); det kan føre til enestående, rumligt adresserbare nanofotoniske enheder til sansning og partikelmanipulation, for eksempel; og, det giver en frugtbar platform til at studere mekanisk, elektromagnetisk, og termiske fænomener i et nanoskala system.

Holdet mener, at det relativt høje aspektforhold (søjlehøjde-til-tykkelse) på 4,2 for p-BNA'erne, sammen med et betydeligt termisk bidrag, tillade tilstrækkelig eftergivenhed af søjlerne til at blive aktiveret af elektronstråle-inducerede gradientkræfter. Baseret på de observerede forsøg, gradientkraften estimeres til at være i størrelsesordenen nanoNewton.

"Vores fremstillingsproces viser for første gang en innovativ måde at fremstille plasmoniske nanoantenna -strukturer under SEM, som undgår komplikationer såsom nærhedseffekter fra konventionelle litografiteknikker, " Bhuiya sagde. "Denne proces reducerer også gapet af nanoantennerne ned til ~5 nm under SEM med en kontrolleret reduktionshastighed. Med denne nye fremstillingsteknik, det åbner en vej til at studere forskellige fænomener, der fører til nye spændende forskningsområder. "