Plasmonische apparaten, zoals superlenzen, hyperlenzen en plasmonische golfgeleiders - hebben een opwindend potentieel voor onderzoek en commerciële toepassingen omdat ze optische lithografie mogelijk maken, beeldvorming en golfgeleiding uit te voeren bij resoluties onder de diffractielimiet van licht. Deze apparaten vereisen vaak ultradunne metaalfilms met weinig verlies, die moeilijk te fabriceren zijn met de huidige depositietechnieken. Onderzoekers hebben processen onderzocht zoals afzetting van zaadlagen en thermisch gloeien om de oppervlakteruwheid en korrelgrensdichtheid van deze films te verminderen. Daten, echter, deze processen zijn niet enorm succesvol geweest.

Nutsvoorzieningen, Ee Jin Teo en collega's van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, de Universiteit van Hyogo, Japan, en de National University of Singapore hebben gasclusterionenbundel (GCIB) -verwerking gebruikt om ultradunne metaalfilms glad te maken en daardoor hun eigenschappen te verbeteren. Een GCIB bestaat uit duizenden gasmoleculen die zwak gebonden zijn door van der Waals-krachten. Zo'n straal is in staat om oppervlakte-onregelmatigheden glad te strijken en de filmdikte met nanometerprecisie te verminderen. Deze verwerking verbetert de oppervlakte-plasmonresonantie en -propagatie aanzienlijk, en maakt de fabricage mogelijk van ultradunne films met extreem lage elektrische weerstand en optisch verlies.

In tegenstelling tot monomeer-ionenbundels die worden gebruikt bij conventioneel ionenbundelfrezen en plasma-etsen, een cluster van stikstofgasmoleculen met een energie van 20 kiloelektronvolt die invalt op een zilverfilm, kan een hoge energiedichtheid leveren aan een relatief klein volume:toch dringt het cluster door tot een diepte van slechts enkele nanometers. De impact van de bundel op de film zorgt ervoor dat zilveratomen in oppervlaktepieken zijwaarts verstrooien naar valleien, holtes en korrelgrenzen. Naast het produceren van een gladder oppervlak, deze verwerking verdrievoudigt de korrelbreedte door de herafzetting van atomen op korrelgrenzen.

De GCIB-behandeling van het team resulteerde in een tot viervoudige verbetering van de elektrische en optische eigenschappen van films met een dikte van 12 nanometer. "De unieke kenmerken van GCIB-bestraling betekenden dat we in een enkele bestralingsstap verstrooiingsverliezen als gevolg van oppervlakteruwheid konden verminderen, korrelgrenzen en holtes, " merkt Teo op.

Het onderzoeksteam gebruikte de techniek ook om het bovenoppervlak en de zijwanden van gelithografisch gevormde zilverstreepgolfgeleiders glad te maken, het vergroten van de voortplantingslengten van oppervlakteplasmonen in deze golfgeleiders.

"In de toekomst, we zijn van plan deze techniek te gebruiken om de kleurzuiverheid van plasmonische kleurfilters of reflectoren te verbeteren, en ook om het patroongebied van superlens nanolithografie te vergroten, ", zegt Teo. "Dergelijke ontwikkelingen zullen plasmonisch onderzoek een stap dichter bij commercialisering brengen."