Design af komplekse strukturer ud over mulighederne for konventionel litografi

Guld-nanopartikler mindre end 10 nanometer selvorganiserer sig spontant på helt nye måder, når de er fanget inde i kanallignende skabeloner. En ny undersøgelse viser, at denne funktion kunne lette nanoskala fremstilling af biosensorer og plasmoniske enheder med indviklede, overfladestrukturer med høj densitet.

Generering af overflademønstre i skalaer på 10 nanometer og derunder er vanskelig med den nuværende teknologi. Et internationalt hold, ledet af Joel Yang fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering i Singapore, hjælper med at omgå denne begrænsning ved hjælp af en teknik kendt som 'rettet selvsamling af nanopartikler' (DSA-n).

Denne tilgang tager sfæriske nanopartikler, der spontant organiserer sig i ordnede, todimensionale film, når de indsættes i litografisk definerede skabeloner. Skabelonerne pålægger geometriske begrænsninger, der tvinger filmene til at organisere sig i specifikke nanoskala -mønstre.

De fleste mønstre produceret af DSA-n, imidlertid, er enkle periodiske arrangementer. For at udvide denne tekniks muligheder, forskere undersøger 'strukturovergange', der opstår, når skabelonbegrænsninger bliver sammenlignelige med nanopartiklernes størrelse. Ved disse dimensioner, de små sfærer kan løsrive sig fra typiske periodiske positioner og omorienteres til uforudsigelige nye geometrier.

Tidligere undersøgelser har brugt videomikroskopi i realtid til at fange strukturovergange i mikroskala-kolloider, men direkte billeddannelse af sub-10-nanometerpartikler er næsten umulig. "Det var her, vi kom på ideen om at bruge skabeloner baseret på kanaler med gradvist varierende bredder, "siger medforfatter Mohamed Asbahi." Med dette system, vi kan spore nanopartiklernes selvsamling i henhold til det tilgængelige rum. "

Ved hjælp af elektronstråle litografi teknikker, holdet skåret en række indad tilspidsede skyttegrave designet til at passe 1 til 3 rækker guld nanopartikler. Efter deponering af et monolag af 8-nanometer partikler i skabelonen, de brugte scanningselektronmikroskopi til at identificere eventuelle nye breddeafhængige mønstre. Mellem periodisk bestilte rækker, forskerne så tydelige tegn på overgangsstatzoner - regioner, hvor de små kugler spænder ud af justeringen og gradvist får nye, trekantede pakkemønstre.

Efter analyse af overgangstilstande med beregningsmæssige Monte Carlo -simuleringer, Yang og kolleger identificerede flere dominerende tilbagevendende mønstre med forskellige geometrier fra typiske DSA-n aflejringer. Fordi de betingelser, der er nødvendige for at generere disse mønstre, kan forudsiges matematisk, teamet er overbevist om, at disse fund kan have praktiske overfladetekniske applikationer.

"Succesen med DSA-n afhænger af positioneringsnøjagtigheden af ​​partiklerne, "siger Yang." Ved at udnytte det rige sæt af strukturelle geometrier, der findes mellem ordnede stater, vi kan designe skabeloner, der leder partikler ind i komplekse periodiske og ikke -periodiske strukturer. "