Wetenschappers van de Far Eastern Federal University (FEFU) in samenwerking met collega's van de Far Eastern Branch van de Russische Academie van Wetenschappen (FEB RAS), ITMO University en Swinburne University of Technology (Australië), hebben een methode ontwikkeld voor efficiënte massaproductie van silicium-germanium volledig gelegeerde nanoantennes. De technologie heeft potentiële toepassingen in optische biosensorische platforms en chemische sensoren van de volgende generatie voor het snel en nauwkeurig opsporen van virussen, vervuilingen, explosieven, enz. bij lage concentraties. De studie is gepubliceerd in nanoschaal .

Om volledig diëlektrische (AD) optische nanoantennes te fabriceren, wetenschappers hebben een gemakkelijke technologie voorgesteld op basis van temperatuurondersteunde ontvochtiging van commerciële silicium-op-isolator (SOI)-substraten bij 800 ° C in hoog vacuüm. Een dergelijke behandeling van een SOI-substraat leidt tot de vorming van silicium nanodruppels, die kunnen worden gebruikt als optische nanoantennes, het versterken van de signalen van verschillende geadsorbeerde moleculen. De afzetting van Ge tijdens het ontvochtigen van SOI produceert gelegeerde nanodeeltjes met unieke eigenschappen. Dergelijke nanoantennes stellen wetenschappers in staat om geadsorbeerde moleculen te identificeren en om toegang te krijgen tot de lokale temperatuur en deze te regelen met hoge nauwkeurigheid en resolutie tijdens het meetproces.

"Het is erg handig om de lokale temperatuur te kennen, want tijdens het meten, zowel de nanoantennes als de geadsorbeerde analytmoleculen worden belicht met intense laserstraling die hun verhitting veroorzaakt. Tegelijkertijd, de meeste organische moleculen degraderen bij vrij lage temperaturen rond 130-170 graden C, d.w.z. tijdens het meten, je kunt ze gewoon verbranden voordat je een nuttig signaal krijgt. Een dergelijke bruikbare modaliteit voor temperatuurfeedback kan niet worden gerealiseerd met plasmonische nanoantennes die gewoonlijk worden gebruikt om biosensoren te ontwerpen. Volledig diëlektrische nanoantennes bieden een betrouwbare manier om deze functie te bereiken, aangezien het gemeten karakteristiekenspectrum van de analytmoleculen al alle informatie bevat die nodig is om de lokale temperatuur van het nanoantenne-molecuulsysteem te bepalen, " zei Aleksandr Kuchmizhak, een onderzoeker in het FEFU Center for Virtual and Augmented reality.

"Door de concentratie van germanium in de gelegeerde siliciumnanodeeltjes te regelen, men kan hun eigenschappen aanpassen; vooral, hun resonerende optische kenmerken regelen, evenals de licht-naar-warmte conversie-efficiëntie. Dit is erg handig voor het bestuderen van verschillende chemische processen en reacties die worden veroorzaakt door laserstraling, " zei Evgeny Mitsai, een onderzoeker bij Institute of Automation and Control Processes en Institute of Chemistry, FEBRUARI RAS.

De wetenschapper benadrukte dat door gebruik te maken van volledig diëlektrische nanoantennes, wetenschappers kunnen de temperatuurgemedieerde effecten in laser-geïnduceerde chemische reacties met hoge temporele resolutie in detail bestuderen. Bovendien, volledig diëlektrische nanoantennes blijven chemisch niet-invasief.

Tot vandaag, de massaproductie van volledig diëlektrische nanoantennes was moeilijk. Veelgebruikte elektronenstraallithografie was te duur en tijdrovend. De technologie voorgesteld door FEFU-wetenschappers in samenwerking met hun collega's van de FEB RAS, ITMO-universiteit, universiteiten van Australië en Tunesië, maakt het mogelijk om over deze beperking heen te komen.