Het fenomeen van 'ontvochtigen' - dat gewoonlijk als hinderlijk wordt beschouwd omdat vaste stoffen zich ophopen tot eilanden, net als regendruppels op glas - is gebruikt voor een nuttige toepassing. Een door A * STAR geleid team heeft verduidelijkt hoe dewetting arrays van 3D-nanostructuren kan samenstellen voor toepassingen, waaronder detectie van één molecuul.

Vastestoffilms die pas op micro-elektronische apparaten zijn aangebracht, splijten soms uit elkaar bij temperaturen die veel lager zijn dan de typische smeltpunten, vanwege de hoge energie op het grensvlak tussen de film en het substraat. Dit ontvochtigingseffect wordt steeds problematischer bij filmdimensies op nanoschaal; het heeft echter ook onderzoekers geïnspireerd die op zoek waren naar een gemakkelijke manier om substraten met patronen te produceren.

Liangxing Lu van het A*STAR Institute of High Performance Computing en collega's hebben onlangs aangetoond dat metaalfilms kunnen worden omgezet in 'nano-aperture'-arrays - kleine poriën met afmetingen die tot 10 nanometer kunnen worden gecontroleerd - door ontvochtiging uit te voeren op oppervlaktesjablonen met 3 -D richels en rimpelingen. Echter, het team ontdekte dat de sjablonen alleen nano-openingen produceerden van metalen films van een bepaalde dikte; anders, willekeurige nanodot-functies verschenen.

"Veel factoren beïnvloeden het ontvochtigingsproces, en er zijn ook veel soorten evenwichtsstructuren, " zegt Lu. "Het vinden van de voorwaarden voor geselecteerde morfologieën is complex en moeilijk."

Om ontvochtiging te gebruiken voor andere nanostructuurvormen, Lu en collega's ontwikkelden een aangepast algoritme om ontvochtiging in vaste toestand te simuleren. Hun techniek berekent alle mogelijke nanopatronen voor een ontvochtigende film op een sjabloon en lokaliseert de laagste energieconfiguratie. Vervolgens, diffusieberekeningen laten zien hoe bewegingen tussen aangrenzende nano-eilanden de totale vrije energie van het systeem verlagen.

"Dit model negeert de gedetailleerde kinetiek, en analyseert in plaats daarvan de diffusiepaden van evenwichtsmorfologieën op een bepaald substraat, " legt Lu uit. "De enige drijvende krachten zijn de oppervlakte- en interface-energieën, wat het probleem vereenvoudigt."

Door hun berekeningen de onderzoekers produceerden gedetailleerde beschrijvingen van druppelcoalescentie in putvormige sjablonen, en kralen bovenop tafelachtige 'mesa'-sjablonen. Vervolgens, ze genereerden fasediagrammen die mogelijk ontvochtigingsgedrag op verschillend gevormde sjablonen identificeerden - richtlijnen die nuttig bleken voor fabricageproeven.

Medewerkers van A*STAR's Institute of Materials and Research Engineering hebben deze analytische benadering geverifieerd door 100 nanometer hoge mesa-sjablonen te coaten met gouden films, en vervolgens ontvochtiging geïnduceerd door het substraat te verwarmen. Met elektronenmicroscopiebeelden, ze vingen gouden nanopatronen die overeenkwamen met hun fasesimulaties, met slechts één uitzondering:defecten, zoals korrelgrenzen, verstoorde de natuurlijke ontvochtigingspatronen.

Lu is van mening dat dergelijke fundamentele fabricage-inzichten kunnen helpen bij het optimaliseren van ontvochtigingstechnieken voor metalen verbindingen en roosters, evenals de groei van speciale morfologieën, zoals nanodraden.