Elektronenmicroscopen maken gebruik van gefocusseerde elektronenbundels om extreem kleine objecten zichtbaar te maken. Door het instrument te combineren met een gasinjectiesysteem kunnen materiaalmonsters worden gemanipuleerd en kunnen oppervlaktestructuren van slechts nanometers worden "geschreven". Zwitserse onderzoekers bij EMPA, samen met wetenschappers van EPFL, gebruikte deze methode om lasers te verbeteren.

De verticale holte-oppervlakte-emitterende laser (VCSEL) is een halfgeleiderlaser die vaak wordt gebruikt bij gegevensoverdracht voor korteafstandsverbindingen zoals Gigabit Ethernet. Deze lasers zijn erg populair in de telecommunicatie omdat ze weinig energie verbruiken en eenvoudig in volumes van vele tienduizenden op een enkele wafer kunnen worden gefabriceerd. Echter, deze VCSEL's kunnen één zwakte vertonen:vanwege de cilindrische structuur waarin de lasers op de wafer zijn opgebouwd, de polarisatie van het uitgestraalde licht kan tijdens bedrijf soms veranderen. Polarisatie is een eigenschap van bepaalde golven, zoals lichtgolven, en het beschrijft de richting van de oscillatie. Een stabiele polarisatie is nodig om transmissiefouten te verminderen en om VCSEL's in toekomstige siliciumfotonica te gebruiken.

Het team onder leiding van Empa-onderzoeker Ivo Utke, samen met wetenschappers van het Laboratory of Physics of Nanostructures van EPFL, zou hulp kunnen bieden door gebruik te maken van een methode genaamd FEBIP (focussed elektronenstraal-geïnduceerde verwerking). "We hebben platte roosterstructuren op de VCSEL's geschreven met een elektronenstraal, ” zegt Utke bij het beschrijven van hun oplossing, "en de roosters waren effectief in het stabiliseren van de polarisatie." De studie is onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift "Nanoscale" als een geavanceerde online publicatie.

Klein, minimaal invasieve, direct

FEBIP is geschikt voor het maken van prototypes van nanocomponenten, om specifieke vragen en problemen in toegepaste nano-elektronica op te lossen, nanofotonica en nanobiologie. Geschikte gasmoleculen worden in de buurt van een monster geïnjecteerd dat zich al in de vacuümkamer van de microscoop bevindt. Deze adsorberen op een omkeerbare manier aan het monster. De gefocusseerde elektronenstraal, die normaal gesproken dient om objecten zichtbaar te maken, induceert nu in plaats daarvan chemische reacties van de geadsorbeerde gasmoleculen, maar alleen op de plek waar de straal het oppervlak raakt. De resulterende niet-vluchtige moleculaire fragmenten blijven dan permanent op het monster terwijl de vluchtige fragmenten worden verwijderd door het vacuümsysteem. “Met behulp van een nauwkeurig gepositioneerde elektronenstraal, het is mogelijk om oppervlaktestructuren met nanometerprecisie en in vrijwel elke gewenste driedimensionale vorm te verwijderen of aan te brengen, ’, legt Utke uit. “FEBIP zou binnenkort een echt platform voor nanofabricage kunnen worden voor snelle prototyping van nanostructuren op een minimaal invasieve manier, zonder de grote investering van een cleanroom.”