Het is de Steen der Wijzen van Nanotechnologie:met behulp van een technologische truc, wetenschappers van de TU Wien (Wenen) zijn erin geslaagd nanostructuren van puur goud te maken.

Het idee doet denken aan de pogingen van de oude alchemisten om goud te maken van waardeloze stoffen:onderzoekers van de TU Wien (Wenen) hebben een nieuwe manier ontdekt om puur gouden nanostructuren te fabriceren met behulp van een additieve direct-write lithografietechniek. Een elektronenstraal wordt gebruikt om een ​​goudhoudende organische verbinding om te zetten in puur goud. Deze nieuwe techniek kan nu worden gebruikt om nanostructuren te maken, die nodig zijn voor veel toepassingen in de elektronica en sensortechnologie. Net als bij een 3D-printer op nanoschaal, bijna willekeurige vormen kunnen worden gemaakt.

De lange zoektocht naar het juiste productieproces

"Goud is niet alleen een edel metaal van uitzonderlijke schoonheid, maar ook een zeer gewenst materiaal voor functionele nanostructuren", zegt professor Heinz Wanzenböck van de TU Wien. Vooral gouden nanostructuren met patronen zijn belangrijke faciliterende structuren in plasmonische apparaten, voor biosensoren met geïmmobiliseerde antilichamen en als elektrische contacten. Decennia lang is de fabricage van puur gouden nanostructuren op niet-vlakke oppervlakken en van driedimensionale gouden nanostructuren het knelpunt geweest. Tot nu toe, alleen 2-dimensionale gouden nanostructuren op vlakke oppervlakken waren haalbaar met op resist gebaseerde lithografie.

De nieuwe technologie, ontwikkeld aan de TU Wien, kan dit probleem nu oplossen. Het principe is de lokale ontleding van een metaalorganische voorloper door de gefocusseerde elektronenbundel van een elektronenmicroscoop. Met extreem hoge precisie, de elektronenstraal kan de organische verbinding precies op de juiste plaats ontleden, een 3D-spoor van massief goud achterlatend.

Het laatste obstakel was om de materiële zuiverheid goed te krijgen, aangezien de door elektronen geïnduceerde ontleding van metaalorganische voorlopers typisch metalen heeft opgeleverd met hoge koolstofverontreinigingen. Dit laatste knelpunt op weg naar op maat ontworpen, nanostructuren van puur goud zijn nu overwonnen, zoals beschreven in het werk over "Highly conductive and pure gold nanostructuresgrown by elektronenstraalgeïnduceerde depositie", gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Terwijl conventionele goudafzetting meestal ongeveer 70 atoom% koolstof en slechts 30 atoom% goud bevat, de nieuwe aanpak ontwikkeld door een onderzoeksgroep onder leiding van Dr. Heinz Wanzenboeck aan de TU Wien heeft het mogelijk gemaakt om pure goudstructuren te fabriceren door in-situ toevoeging van een oxidatiemiddel tijdens de goudafzetting. "De hele gemeenschap heeft de afgelopen 10 jaar hard gewerkt om nanostructuren van puur goud direct af te zetten", zegt Heinz Wanzenböck. Eindelijk, de expertise van de groep op het gebied van engineering en chemische reacties wierp zijn vruchten af ​​en de directe afzetting van puur goud was succesvol. "Het is een beetje zoals het ontdekken van de legendarische steen der wijzen die gemeengoed wordt, onedel materiaal in goud", grapte Wanzenboeck.

Deze afgezette structuur van puur goud vertoont een extreem lage soortelijke weerstand in de buurt van die van bulkgoud. Over het algemeen, een FEBID-goudstructuur heeft een soortelijke weerstand van ongeveer 1 Ohm-cm, wat ongeveer 1 miljoen keer slechter is dan de soortelijke weerstand van het zuiverste bulkgoud. Echter, dit speciaal verbeterde FEBID-proces produceert een soortelijke weerstand van 8,8 micro-Ohm-cm, wat slechts een factor 4 verwijderd is van de bulkweerstand van het zuiverste goud (2,4 micro-Ohm-cm).

De auteurs van het artikel Dr. Mostafa Moonir Shawrav en Dipl.Ing. Philipp Taus verklaarde, "Deze zeer geleidende en puur gouden structuur zal een nieuwe deur openen voor nieuwe nano-elektronische apparaten. het zal gemakkelijker zijn om structuren van puur goud te produceren voor nanoantennes en de immobilisatie van biomoleculen, wat ons dagelijks leven zal veranderen." Dr. Shawrav voegde eraan toe "het is opmerkelijk hoe een gewone SEM (Scanning Electron Microscope) tegenwoordig nanostructuren kan afzetten vergeleken met 20 jaar geleden was slechts een karakteriseringsapparaat". En met directe depositie van puur goud nu beschikbaar, hij verwacht dat nanodevices direct worden gedeponeerd en gebruikt in veel verschillende toepassingen voor technologische revolutie. concluderend, dit werk is een enorme sprong voorwaarts voor het 3D-nanoprinten van goudstructuren, die de kern zullen vormen van nanoplasmonische en bio-elektronische apparaten.