AD-legerede nanoantenner til temperatur-feedback-identifikation af vira og sprængstoffer

Forskere fra Far Eastern Federal University (FEFU) i samarbejde med kolleger fra Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences (FEB RAS), ITMO University og Swinburne University of Technology (Australien), har udviklet en metode til effektiv masseproduktion af silicium-germanium fuldt legerede nanoantenner. Teknologien har potentielle anvendelser i optiske biosensoriske platforme og næste generation af kemiske sensorer til hurtig og nøjagtig sporing af vira, forurening, sprængstoffer, osv. ved lave koncentrationer. Undersøgelsen er offentliggjort i Nanoskala .

For at fremstille alle dielektriske (AD) optiske nanoantenner, forskere har foreslået en let teknologi baseret på en temperatur-assisteret affugtning af kommercielle silicium-på-isolator (SOI) substrater ved 800 grader C i højvakuum. Sådan behandling af et SOI-substrat fører til dannelsen af ​​siliciumnanodråber, som kan bruges som optiske nanoantenner, forstærker signalerne fra forskellige adsorberede molekyler. Aflejringen af ​​Ge i processen med SOI-affugtning producerer legerede nanopartikler med unikke egenskaber. Sådanne nanoantenner gør det muligt for forskere at identificere adsorberede molekyler samt at få adgang til og kontrollere den lokale temperatur med høj nøjagtighed og opløsning i målingsprocessen.

"Det er meget nyttigt at kende den lokale temperatur, fordi i måleprocessen, både nanoantennerne og de adsorberede analytmolekyler udsættes for intens laserstråling, som forårsager deres opvarmning. På samme tid, de fleste organiske molekyler nedbrydes ved ret lave temperaturer omkring 130-170 grader C, dvs. i målingsprocessen, man kan simpelthen brænde dem op, før man får et brugbart signal. En sådan nyttig temperatur-feedback-modalitet kan ikke realiseres med plasmoniske nanoantenner, der almindeligvis bruges til at designe biosensorer. Heldielektriske nanoantenner giver en pålidelig måde at opnå denne funktion på, da det målte karakteristikspektrum for analytmolekylerne allerede indeholder al information, der er nødvendig for at bestemme den lokale temperatur af nanoantenne-molekylesystemet, " sagde Aleksandr Kuchmizhak, en forsker i FEFU Center for Virtual and Augmented Reality.

"Ved at kontrollere koncentrationen af ​​germanium i de legerede siliciumnanopartikler, man kan skræddersy deres egenskaber; i særdeleshed, kontrollere deres resonansoptiske egenskaber, samt lys-til-varme konverteringseffektiviteten. Dette er meget nyttigt til at studere forskellige kemiske processer og reaktioner induceret af laserstråling, " sagde Evgeny Mitsai, en forsker ved Institute of Automation and Control Processes og Institute of Chemistry, FEB RAS.

Forskeren understregede, at ved at bruge al-dielektriske nanoantenner, forskere kan studere i detaljer de temperaturmedierede effekter i laser-inducerede kemiske reaktioner ved høj tidsmæssig opløsning. I øvrigt, al-dielektriske nanoantenner forbliver kemisk ikke-invasive.

Indtil i dag, masseproduktionen af ​​hel-dielektriske nanoantenner var vanskelig. Almindelig brugt elektronstrålelitografi var for dyr og tidskrævende. Teknologien foreslået af FEFU-forskere i samarbejde med deres kolleger fra FEB RAS, ITMO Universitet, universiteter i Australien og Tunesien, gør det muligt at komme over denne begrænsning.