![Ionen uit een reactief plasma vormen een silicium nanodraad van ongeveer 40 atomen breed. De periodieke atomaire rangschikking blijft tot aan de rand van de nanodraad behouden. Credit: VR Manfrinato et al., Patterning Si op de 1 nm-lengteschaal met aberratie-gecorrigeerde elektronenstraallithografie: afstemming van plasmonische eigenschappen door ontwerp, Adv. Functie Mater. 2019 1903429. Wiley-VCH GmbH. Gereproduceerd met toestemming Patroonvorming van silicium op de schaal van één nanometer](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2021/patterning-silicon-at.jpg)
Ionen uit een reactief plasma vormen een silicium nanodraad van ongeveer 40 atomen breed. De periodieke atomaire rangschikking blijft tot aan de rand van de nanodraad behouden. Credit: VR Manfrinato et al., Patterning Si op de 1 nm-lengteschaal met aberratie-gecorrigeerde elektronenstraallithografie: afstemming van plasmonische eigenschappen door ontwerp, Adv. Functie Mater. 2019 1903429. Wiley-VCH GmbH. Gereproduceerd met toestemming
Onderzoekers hebben een innovatieve techniek ontwikkeld om nanomaterialen te maken. Dit zijn materialen die alleen atomen breed zijn. Ze putten uit nanowetenschap om wetenschappers in staat te stellen hun constructie en gedrag te beheersen. De nieuwe nanofabricagetechniek met elektronenstralen, plasmon engineering, zorgt voor een ongekende controle op bijna atomaire schaal van patroonvorming in silicium. Structuren die met deze benadering zijn gebouwd, produceren een recordafstemming van elektro-optische eigenschappen.
In dit onderzoek gebruikten wetenschappers plasmon-engineering om de optische en elektronische eigenschappen van silicium te controleren. De techniek maakt gebruik van aberratie-gecorrigeerde elektronenbundellithografie. Dit proces omvat het gebruik van een elektronenstraal om het oppervlak van een materiaal te wijzigen. Dankzij Plasmon-engineering konden onderzoekers materiaal op bijna atomaire schaal wijzigen. Het gebruik van “conventionele” lithografie betekent dat deze benadering ooit zou kunnen worden toegepast op industriële toepassingen. Het zal ten goede komen aan onderzoekers die werken aan optische communicatie, detectie en kwantumcomputing.
Door materialen met een resolutie van één nanometer te modelleren, kunnen wetenschappers nauwkeurig kwantumbeperkingseffecten ontwikkelen. Kwantumeffecten zijn significant op deze lengteschalen en het regelen van de afmetingen van de nanostructuur biedt directe controle over elektrische en optische eigenschappen. Silicium is verreweg het meest gebruikte halfgeleidermateriaal in de elektronica, en de mogelijkheid om op siliconen gebaseerde apparaten van de kleinste afmetingen te fabriceren voor nieuwe apparaatengineering is zeer wenselijk.
Onderzoekers van Brookhaven’s Centre for Functional Nanomaterials, een afdeling voor gebruikers van energie, gebruikten aberratie-gecorrigeerde elektronenstraallithografie in combinatie met droge reactieve ionenetsing om patroonvorming van kenmerken van 1 nanometer en oppervlakte- en volumeplasmon-engineering in silicium te bereiken. De nanofabricagetechniek die hier wordt gebruikt, produceert nanodraden met een lijnrandruwheid van 1 nanometer. Bovendien demonstreert dit werk het afstemmen van de siliciumvolume-plasmon-energie met 1,2 elektronvolt van de bulkwaarde, wat tien keer hoger is dan eerdere pogingen van volume-plasmon-engineering met behulp van lithografische methoden.
De studie is gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen.
Vitor R. Manfrinato et al, Si patroonvorming op de 1 nm-lengteschaal met aberratie-gecorrigeerde elektronenstraallithografie: afstemming van plasmonische eigenschappen door ontwerp, Geavanceerde functionele materialen (2019). DOI: 10.1002/adfm.201903429
Geavanceerde functionele materialen
Geleverd door het Amerikaanse ministerie van Energie