Vooruitgang in de fabricage van nanostructuren: laserdirect schrijven op Au-nanofilm

Een onderzoeksteam onder leiding van Xuesong Mei en Jianlei Cui van de Xi’an Jiaotong Universiteit heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van nanotechnologie. Ze zijn erin geslaagd nanostructuren direct op Au-nanofilm te schrijven met behulp van een met nanoseconden laser bestraalde, vrijdragende scanning near-field optische microscopie (SNOM) sondepunt.

De fabricage van nanostructuren voorbij de diffractielimiet is een aanzienlijke uitdaging in de nanotechnologie. Conventionele optische lithografie wordt gehinderd door de diffractielimiet, en elektronenbundellithografie is niet toepasbaar op metalen nanofilms. Scanning probe lithografie (SPL) biedt een oplossing voor nanofabricage, maar elk type SPL heeft zijn unieke toepassingsomstandigheden.

In de studiegebruikten de onderzoekers een laser-direct-writing-systeem bestaande uit een laser van nanoseconden, optische elementen en een atomic force microscope (AFM). De laser was gericht op de puntopening van de SNOM-sonde, die werd gebruikt om nanostructuren met een subgolflengte direct op de Au-nanofilm te schrijven zonder de noodzaak van een masker of vacuümatmosfeer.

De bevindingen worden gepubliceerd in het tijdschrift Engineering.

Het team behaalde een minimale lijnbreedte van 83,6 nm en een herhaalbare lijnbreedte van ongeveer 167,8 ± 6,6 nm op de Au-nanofilm. Ze onderzochten ook de factoren die de kenmerkbreedte van de nanostructuur beïnvloeden, zoals de single-pulse energie (EL) en polarisatie (α).

Uit theoretische berekeningen bleek dat de elliptische warmteverdeling onder de SNOM-punt verschillende lijnbreedtes genereerde wanneer de punt verticaal en horizontaal scande.

Elementaire analyse door energiedispersieve spectrometer (EDS) gaf aan dat het mechanisme van deze methode het smelten van de Au-nanofilm was in plaats van oxidatie. De lokaal aangeslagen oppervlakteplasmonpolaritonen (SPP’s) genereren een plek met hoge temperatuur onder de punt, waardoor een energiebron van nanoformaat ontstaat voor nanofabricage met hoge resolutie.

Deze technologie wordt als handig en economisch beschouwd voor de fabricage van nanostructuren en heeft het potentieel om te worden toegepast in nanolithografie op meerdere materialen en zelfs bij nanolassen.