Een onderzoeksteam van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign heeft een roman ontwikkeld, afstembare nanoantenne die de weg vrijmaakt voor nieuwe soorten op plasmonische optomechanische systemen, waarbij plasmonische veldversterking mechanische beweging kan activeren.

"Onlangs, er is veel interesse geweest in het vervaardigen van op metaal gebaseerde nanotextuuroppervlakken die voorgeprogrammeerd zijn om de eigenschappen van licht op een specifieke manier te veranderen nadat binnenkomend licht ermee in wisselwerking staat, " legde Kimani Toussaint uit, een universitair hoofddocent mechanische wetenschappen en techniek die het onderzoek leidde. “Voor onze aanpak men kan een nanoarray-structuur nemen die al gefabriceerd was en de plasmonische, en daarom, optische eigenschappen van geselecteerde antennes. Daarom, men kan beslissen na fabricage, eerder dan voorheen, hoe ze willen dat hun nanostructuur licht wijzigt."

De onderzoekers ontwikkelden een roman, metaal, pijler-bowtie nanoantenna (p-BNA) matrixsjabloon op 500 nanometer hoge glazen pilaren (of palen). Daarbij, ze toonden aan dat de spleetgrootte voor individuele of meerdere p-BNA's kan worden verlaagd tot ongeveer. 5 nm (ongeveer 4x kleiner dan wat momenteel haalbaar is met conventionele elektronenstraallithografietechnieken).

"Op een fundamenteel niveau ons werk demonstreert op elektronenstralen gebaseerde manipulatie van nanodeeltjes een orde van grootte groter dan voorheen mogelijk was, met behulp van een eenvoudige SEM die werkt op slechts een fractie van de elektronenenergieën van eerder werk, " zei Brian Roxworthy, die zijn doctoraat in elektrische en computertechniek (ECE) behaalde in Illinois en de eerste auteur was van het artikel dat werd gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

"De dramatische vervorming van de nanoantennes die we waarnemen, wordt mogelijk gemaakt door sterke in-gap plasmonische modi die worden opgewekt door de passerende elektronen, die aanleiding geven tot nanoNewton-magnitude gradiëntkrachten op de samenstellende metaaldeeltjes."

Het interdisciplinaire onderzoeksteam, waaronder Abdul Bhuiya (MS-student in ECE-student), Xin Yu (ECE postgraduaat), en K.C. Chow (een onderzoeksingenieur bij het Micro and Nanotechnology Laboratory) - toonde ook aan dat de spleetgrootte voor individuele of meerdere p-BNA's kan worden afgesteld tot ongeveer 5 nm (ongeveer 4x kleiner dan wat momenteel haalbaar is met conventionele elektronenstraallithografie technieken).

Het team toonde aan dat een elektronenstraal van een standaard scanning-elektronenmicroscoop (SEM) kan worden gebruikt om individuele p-BNA-structuren of groepen p-BNA's binnen een subarray te vervormen met snelheden tot wel 60 nanometer per seconde. Een fotonisch-kristalvezel werd gebruikt om (quasi-wit licht) supercontinuüm te genereren om de spectrale respons van geselecteerde regio's binnen de array te onderzoeken.

De onderzoekers zeiden dat het belang van dit werk drieledig is:het maakt afstemming van de optische (plasmonische) respons van de nanoantennes mogelijk, tot het niveau van een enkele nanoantenne (ongeveer 250 nanometer breed); het kan leiden tot unieke, ruimtelijk adresseerbare nanofotonische apparaten voor detectie en deeltjesmanipulatie, bijvoorbeeld; en, het biedt een vruchtbaar platform voor het bestuderen van mechanische, elektromagnetisch, en thermische verschijnselen in een systeem op nanoschaal.

Het team is van mening dat de relatief hoge aspectverhouding (pilaarhoogte-tot-dikte) van 4,2 voor de p-BNA's, samen met een aanzienlijke thermische bijdrage, voldoende meegaandheid van de pilaren mogelijk maken om te worden aangedreven door elektronenstraal-geïnduceerde gradiëntkrachten. Op basis van de waargenomen experimenten, de gradiëntkracht wordt geschat op de orde van nanoNewton.

"Ons fabricageproces toont voor het eerst een innovatieve manier om plasmonische nanoantennestructuren onder de SEM te fabriceren, die complicaties zoals nabijheidseffecten van conventionele lithografietechnieken vermijdt, " Bhuiya zei. "Dit proces vermindert ook de opening van de nanoantennes tot ~ 5 nm onder SEM met een gecontroleerde reductiesnelheid. Met deze nieuwe fabricagetechniek, het opent een weg om verschillende fenomenen te bestuderen, wat leidt tot nieuwe opwindende onderzoeksgebieden."