Of het nu gaat om het maken van pennen of het bouwen van spaceshuttles, het fabricageproces bestaat uit het maken van componenten en deze vervolgens zorgvuldig in elkaar te zetten. Maar als het gaat om oneindig kleine constructies, het manipuleren en assembleren van hoogwaardige nanodeeltjes op een substraat is geen sinecure.

Onderzoekers in EPFL's Laboratory of Microsystems, onder leiding van Jürgen Brugger, hebben een manier bedacht om honderdduizenden nanodeeltjes heel precies op een vierkant oppervlak van één centimeter te positioneren. De nanodeeltjes werden binnen één nanometer geplaatst - versus 10 tot 20 nanometer met conventionele methoden - en binnen één graad georiënteerd.

Hun werk, die werd gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , vormt de basis voor de ontwikkeling van nanometrische apparaten zoals optische detectieapparatuur en biologische sensoren. "Als het ons lukt om gouden nanodeeltjes op één nanometer van elkaar te plaatsen, we konden, bijvoorbeeld, licht tot een buitengewone mate beperken en individuele moleculen detecteren of ermee in wisselwerking staan, " zei Valentin Flauraud, de hoofdauteur.

"Golf spelen" met nanodeeltjes

Voor hun studie de onderzoekers gebruikten gouden nanodeeltjes die chemisch in een vloeistof werden gekweekt. "Deze nanodeeltjes vertonen betere eigenschappen dan die geproduceerd door verdamping of etsen, maar het is moeilijker om ze te manipuleren, omdat ze gesuspendeerd zijn in een vloeistof, ' zei Flauraud.

Hun techniek bestaat uit het nemen van een druppel vloeistof vol nanodeeltjes en deze verhitten zodat de nanodeeltjes op een bepaalde plek clusteren. Deze druppel wordt vervolgens over een substraat met nanometrische barrières en gaten gesleept.

Wanneer de nanodeeltjes deze obstakels tegenkomen, ze komen los van de vloeistof en worden opgevangen door de gaatjes. "Het is een beetje zoals minigolf spelen, " zei de onderzoeker. Elke val is ontworpen om een ​​nanodeeltje op een specifieke manier te oriënteren. "De uitdaging was om erachter te komen hoe de vloeistof, de deeltjes en het substraat interageren op nanometrische schaal, zodat we de nanodeeltjes effectief kunnen vangen, " zei Massimo Mastrangeli, de tweede auteur en nu onderzoeker aan het Max Planck Instituut voor Intelligente Systemen in Stuttgart.

Het alfabet uitschrijven met nanodeeltjes

Om te laten zien hoe goed hun methode werkt, de onderzoekers gingen verschillende uitdagingen aan. Eerst, ze testten de optische eigenschappen van hun systeem met een krachtige transmissie-elektronenmicroscoop in EPFL's Interdisciplinair Centrum voor Elektronenmicroscopie (CIME).

Vervolgens toonden ze aan dat hun techniek kan worden gebruikt om geometrisch complexe structuren te produceren door het alfabet uit te schrijven met nanodeeltjes - het kleinste segmentdisplay ter wereld. "Al dit werk werd uitgevoerd bij EPFL en is het resultaat van sterke synergieën tussen de verschillende technische platforms en de laboratoria, " zei professor Brugger. "Het is een uitstekend voorbeeld van hoe top-down en bottom-up methoden kunnen worden gecombineerd, het openen van de deur naar tal van onontgonnen gebieden van nanotechnologie."