Om de molecuuldetecterende capaciteiten van gouden nanodeeltjes te ontsluiten, zijn vaak positioneringstechnieken nodig die de grenzen van conventionele lithografie te boven gaan. Een A*STAR-team toont nu aan dat een combinatie van topografische sjablonen en gelokaliseerde vallen die worden achtergelaten door verdampende vloeistoffen, arrays van nanodeeltjes kunnen fabriceren met regelbare scheidingen van minder dan vijf nanometer.

Alleen gelaten, nanodeeltjes hebben de neiging om te agglomereren vanwege hun hoge entropie. Omdat het van cruciaal belang is voor toepassingen om gouden nanobolletjes op afstand van elkaar te houden, inclusief optische bio-imaging, onderzoekers ontwikkelen manieren om honderdduizenden van deze objecten automatisch te fabriceren. Een veelbelovende route, bekend als gerichte zelfassemblage, deponeert vloeibare suspensies van reagentia op substraten met vooraf gedefinieerde kleinschalige patronen. Vloeibare capillaire werking trekt vervolgens de nanodeeltjes in de sjablonen en duwt ze naar hun doellocaties.

Mohamed Asbahi van het Institute of Materials Research and Engineering bij A*STAR herinnert zich dat hij en zijn collega's een intrigerende ontdekking probeerden te doen om de zelfassemblage binnen vierkante sjablonen te beheersen. "We waren de holtes in de sjablonen aan het vergroten, en verwachtten meer nanodeeltjes binnenin te zien in een poging hun rangschikking te optimaliseren, "zegt hij. "Maar met tolueen als oplosmiddel, slechts vier nanodeeltjes zaten vast op elke hoek van een vierkant, hoe groot de holte ook was."

Om dit gedrag te verklaren, de onderzoekers ontwikkelden een virtueel model om interacties tussen de gedeponeerde nanodeeltjes en oplosmiddel in beperkte holtes te simuleren. Deze berekeningen toonden aan dat nadat de vloeistof begint uit te drogen, de vorm van de terugtrekkende interface speelde een sleutelrol bij de positionering. Bijvoorbeeld, langwerpige vloeibare 'vingers' in vierkante sjablonen dwongen nanodeeltjes om naar hoeken te gaan waar het oplosmiddelvolume het grootst is.

"We waren verrast door dit effect voordat we de fysica erachter begrepen, ", zegt Asbahi. "Maar nadat we hadden voorspeld dat onregelmatige holtes succesvoller waren in het sturen van nanodeeltjes dan gelijkzijdige, we hebben ervoor gekozen om onze uitleg te valideren met driehoekige sjablonen."

Werken met ultramoderne elektronenstraallithografie, de onderzoekers maakten sjablonen met duizenden driehoeken van slechts enkele nanometers groot. Vergelijking van gelijkzijdige driehoeken met rechthoekige driehoeken onthulde het potentieel van asymmetrische patronen - tot drie nanodeeltjes konden worden gevangen en gepositioneerd op verschillende nanoschaalscheidingen in rechthoekige sjablonen.

Verdere experimenten toonden aan dat bepaalde vloeistoffen verschillende effecten kunnen hebben op patronen op nanoschaal. Terwijl tolueen de neiging heeft zich vast te pinnen op de sjabloonstructuur en nanodeeltjes op te vangen bij lagere dan normale dichtheden, hexaanoplosmiddelen produceren volledig gepakte oppervlakken. Asbahi merkt op dat de controle die door deze techniek wordt geboden, voldoende zou kunnen zijn voor integratie in geprefabriceerde circuits en plasmonische nanostructuren.