Een internationale groep onderzoekers van de Universiteit van Minnesota, Argonne National Laboratory en Seoul National University hebben een baanbrekende techniek ontdekt voor het vervaardigen van nanostructuren die het potentieel heeft om elektrische en optische apparaten kleiner en beter dan ooit tevoren te maken. Een verrassend low-tech hulpmiddel van Scotch Magic-tape was uiteindelijk een van de sleutels tot de ontdekking.

Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie , een internationaal online onderzoekstijdschrift.

Door verschillende standaard nanofabricagetechnieken te combineren - met de laatste toevoeging van de Scotch Magic-tape - creëerden onderzoekers van de Universiteit van Minnesota extreem dunne openingen door een laag metaal en vormden deze kleine openingen over het hele oppervlak van een 10-inch siliciumwafel. De kleinste openingen waren slechts één nanometer breed, veel kleiner dan de meeste onderzoekers hebben kunnen bereiken. In aanvulling, de breedte van de openingen kon op atomair niveau worden gecontroleerd. Dit werk vormt de basis voor het produceren van nieuwe en betere nanostructuren die de kern vormen van geavanceerde elektronische en optische apparaten.

Een van de mogelijke toepassingen van gaten op nanometerschaal in metaallagen is om licht in ruimtes te persen die veel kleiner zijn dan anders mogelijk zou zijn. Medewerkers van Seoul National University, onder leiding van prof. Dai-Sik Kim, en Argonne Nationaal Laboratorium, geleid door Dr. Matthew Pelton, toonde aan dat licht gemakkelijk door deze openingen kon worden geperst, ook al zijn de gaten honderden of zelfs duizenden keren kleiner dan de golflengte van het gebruikte licht. Onderzoekers zijn erg geïnteresseerd in het forceren van licht in kleine ruimtes, omdat dit een manier is om de intensiteit van het licht te vergroten. De medewerkers ontdekten dat de intensiteit binnen de gaten met maar liefst 600 miljoen keer wordt verhoogd.

"Onze technologie, atomaire laaglithografie genoemd, heeft het potentieel om ultrakleine sensoren met verhoogde gevoeligheid te maken en ook nieuwe en opwindende experimenten op nanoschaal mogelijk te maken, zoals we nooit eerder hebben kunnen doen, " zei Sang-Hyun Oh, een van de hoofdonderzoekers van de studie en een professor in elektrische en computertechniek aan het College of Science and Engineering van de Universiteit van Minnesota. "Dit onderzoek biedt ook de basis voor toekomstige studies om elektronische en fotonische apparaten te verbeteren."

Een van de meest verrassende uitkomsten van het onderzoek is dat Scotch Magic-tape een van de sleutels tot de ontdekking was. Het etsen van gaten van één nanometer in metalen is niet haalbaar met bestaand gereedschap. In plaats daarvan, de onderzoekers in Oh's team construeerden de nano-gaten door dunne films op atomaire schaal aan de zijkanten van metalen patronen aan te brengen en vervolgens de structuur af te dekken met een andere metalen laag. Er waren geen dure patroongereedschappen nodig om de gaten op deze manier te vormen, maar het was een uitdaging om de overtollige metalen bovenop te verwijderen en de kleine openingen bloot te leggen. Tijdens een frustrerende strijd om een ​​manier te vinden om de metaalfilms te verwijderen, Universiteit van Minnesota Ph.D. student en hoofdauteur van de studie Xiaoshu Chen ontdekte dat door het gebruik van eenvoudige Scotch Magic-tape, de overtollige metalen konden gemakkelijk worden verwijderd.

"De plakband werkt goed, wat onverwacht was, " zei Oh. "Onze techniek is zo eenvoudig, maar kan uniforme en ultrakleine openingen creëren zoals we nog nooit eerder hebben kunnen doen. We hopen dat het snel door veel onderzoekers zal worden opgepakt."