Als het gaat om extreem fijn, precieze kenmerken, een scanning elektronenmicroscoop (SEM) is ongeëvenaard. Een gefocusseerde elektronenstraal kan complexe kenmerken in één stap direct op een substraat afzetten (Electron-Beam-Induced Deposition, EBID). Hoewel dit een gevestigde techniek is voor goud, platina, koper en andere metalen, directe elektronenbundel schrijven van zilver bleef ongrijpbaar. Nog, het edelmetaal zilver belooft bijzonder interessante potentiële toepassingen in nano-optica in de informatietechnologie. Voor het eerst heeft een team van de HZB en de Zwitserse federale laboratoria voor materiaalwetenschap en -technologie (EMPA) met succes de lokale depositie van zilveren nanokristallen door EBID gerealiseerd.

De resultaten zijn nu gepubliceerd in het tijdschrift van de American Chemical Society ACS Toegepaste Materialen Interfaces .

De chemie van typische zilververbindingen is buitengewoon uitdagend. Ze zijn moeilijk te verdampen en zijn zeer reactief. Tijdens de verwarming in de injectie-eenheid, ze hebben de neiging om chemisch te reageren met de reservoirwanden. Langs hun pad van het reservoir naar de punt van de naald, deze verbindingen bevriezen bij de geringste temperatuurdaling weer en verstoppen de buis. "Het heeft ons veel tijd en moeite gekost om een ​​nieuwe injectie-eenheid te ontwerpen en een geschikte zilververbinding te vinden", legt HZB-natuurkundige dr. Katja Höflich uit, die de experimenten uitvoerde als onderdeel van een Helmholtz Postdoctoral Fellowship bij EMPA. "Eindelijk, het is ons gelukt. De samengestelde zilverdimethylbutyraat blijft stabiel en dissocieert alleen in het brandpunt van de elektronenstraal." Höflich en haar collega's gebruikten de EBID-methode voor het eerst om scherp gedefinieerde gebieden van kleine zilveren nanokristallen te creëren.

Schrijven met de elektronenstraal

Het principe werkt als volgt:kleine hoeveelheden van een voorloperstof - meestal een metaal-organische verbinding - worden met een naald in de vacuümkamer van de SEM nabij het oppervlak van het monster geïnjecteerd. Waar de elektronenstraal het monsteroppervlak raakt, de voorlopermoleculen dissociëren en hun niet-vluchtige bestanddelen worden op hun plaats afgezet. De elektronenstraal kan als een pen over het substraat bewegen om de gewenste kenmerken te creëren. Voor veel voorloperstoffen werkt dit zelfs in drie dimensies.

De gefabriceerde zilveren nanostructuren hebben opmerkelijke optische eigenschappen:zichtbaar licht kan de vrije elektronen in het metaal opwekken tot oscillaties die plasmonen worden genoemd. Plasmons gaan gepaard met een extreme verlichting. Informatie over de samenstelling van de oppervlakken kan worden verkregen uit de kleur en intensiteit van dit verstrooide licht. Dit effect kan worden gebruikt in Raman-spectroscopie om de vingerafdruk te detecteren van specifieke moleculen die zich aan het zilveroppervlak binden - tot op het niveau van een enkel molecuul. Vandaar, zilveren nanostructuren zijn goede kandidaten als sensoren voor explosieven of andere gevaarlijke verbindingen.

Verdere toepassingen zijn denkbaar in toekomstige informatietechnologie:complexe zilveren nanostructuren kunnen de basis vormen voor puur optische informatieverwerking. Om dit te realiseren, het proces moet worden verfijnd, zodanig dat complexe kenmerken direct kunnen worden geschreven als al mogelijk voor andere voorloperverbindingen.