plasmonen, die dichtheidsgolven van elektronen zijn, zijn van groot belang voor pure en toegepaste wetenschappers vanwege hun nieuwe eigenschappen, en vanwege hun toepassing op detectie- en fotonische technologieën. Deze toepassingen zijn mogelijk omdat plasmonen gevoelig zijn voor oppervlakte-eigenschappen, en zorgen voor de concentratie van elektrische velden in kleine volumes. Fabriceren van de ingewikkelde nanostructuren die nodig zijn om plasmonen te ondersteunen, echter, is een uitdaging gebleken. Nu een eenvoudige fabricagetechniek, in staat om plasmonondersteunende nanogap-structuren te genereren over grote gebieden, is aangetoond door Wakana Kubo en Shigenori Fujikawa van het RIKEN Innovation Center, Wako, en het Japan Science and Technology Agency.

De onderzoekers fabriceerden vele kopieën van een structuur bestaande uit twee geneste verticale gouden cilinders, met de cilinders op een onderlinge afstand van tientallen nanometers. Deze structuur, zogenaamde ‘dubbele nanopijler’, is ontworpen om een ​​sterk geconcentreerd elektrisch veld in de opening tussen de cilinders te ondersteunen, als reactie op verlichting met licht. Wanneer de opening werd gevuld met een vloeistof of gas, de optische eigenschappen van de dubbele nanopijler veranderden, waardoor het een nuttige sensor is.

Typisch, structuren met nauwe openingen zoals de dubbele nanopijler worden afzonderlijk vervaardigd door een polymeerresist te snijden met een elektronenstraal, maar dit proces is traag en kan alleen kleine gebieden vormen. Fujikawa en collega's gebruikten in plaats daarvan een op sjablonen gebaseerd coatingproces. Ze hebben een siliciumwafel geëtst om een ​​mal te maken van periodiek op afstand staande gaten, en de mal op een zachte polymeerfilm aangebracht, resulterend in een reeks polymeerpijlers. Vervolgens bedekten ze deze pilaren met een gouden laag, gevolgd door een afstandhouder, en een tweede goudlaag. Eindelijk, ze verwijderden de polymeerfilm en de afstandslagen, waardoor een dubbele nanopillar-array achterblijft (Fig. 1). Met behulp van dit proces, de onderzoekers konden een patroongebied zo groot maken als het originele sjabloon, en pas het aan om verschillende afstandsmaterialen met fijn gecontroleerde diktes op te nemen.

Kubo en Fujikawa testten de dubbele nanopilaren als sensoren voor de brekingsindex, die gevoeligheden vertoonden die groter waren dan sensoren met gelijkwaardige metalen oppervlakken, maar die geen gat op nanoschaal had. Deze vergelijking toonde aan dat het elektrische veld in de dubbele nanopilaren inderdaad sterk geconcentreerd was. Het nieuwe fabricageproces markeert slechts het begin van een uitgebreid onderzoeksprogramma, zegt Fujikawa. "We begrijpen het optische gedrag van deze nanostructuren niet volledig, ’ legt hij uit. “We zullen samenwerkingen zoeken met andere onderzoekers om die verder te onderzoeken, en zal proberen inclusief magnetische, elektrische en organische materialen in ons proces.”