I en genombrottsstudie för att förbättra tillverkningen av optiska och elektroniska enheter, University of Minnesota forskare introducerade en ny mönsterteknik, atomlagerlitografi, baserat på en skiktningsteknik på atomnivå. Ett lager av metall fyller nano-mönstren över en hel oblat och enkel Scotch Magic-tejp användes för att ta bort överflödig metall på ytan och exponera nano-gaporna i atomskala.
En internationell grupp forskare från University of Minnesota, Argonne National Laboratory och Seoul National University har upptäckt en banbrytande teknik för tillverkning av nanostrukturer som har potential att göra elektriska och optiska enheter mindre och bättre än någonsin tidigare. Ett överraskande lågteknologiskt verktyg av Scotch Magic-tejp blev en av nycklarna till upptäckten.
Forskningen publiceras idag i Naturkommunikation , en internationell forskningstidskrift på nätet.
Genom att kombinera flera standardtekniker för nanotillverkning – med det slutliga tillägget av Scotch Magic-tejpen – skapade forskare vid University of Minnesota extremt tunna luckor genom ett lager av metall och mönstrade dessa små luckor över hela ytan på en fyra-tums kiselskiva. De minsta luckorna var bara en nanometer breda, mycket mindre än de flesta forskare har kunnat uppnå. Dessutom, bredderna på luckorna kunde kontrolleras på atomnivå. Detta arbete ger grunden för att ta fram nya och bättre nanostrukturer som är kärnan i avancerade elektroniska och optiska enheter.
En av de potentiella användningarna av nanometerskaliga luckor i metallskikt är att pressa in ljus i utrymmen som är mycket mindre än vad som annars är möjligt. Samarbetspartners vid Seoul National University, leds av prof. Dai-Sik Kim, och Argonne National Laboratory, ledd av Dr Matthew Pelton, visade att ljus lätt kunde pressas genom dessa luckor, även om luckorna är hundratals eller till och med tusentals gånger mindre än våglängden på ljuset som används. Forskare är mycket intresserade av att tvinga in ljus i små utrymmen eftersom detta är ett sätt att öka ljusets intensitet. Samarbetspartnerna fann att intensiteten inuti luckorna ökas med så mycket som 600 miljoner gånger.
"Vår teknik, kallas atomlagerlitografi, har potential att skapa ultrasmå sensorer med ökad känslighet och även möjliggöra nya och spännande experiment i nanoskala som vi aldrig har kunnat göra förut, " sa Sang-Hyun Oh, en av de ledande forskarna i studien och en professor i el- och datorteknik vid University of Minnesota College of Science and Engineering. "Denna forskning ger också grunden för framtida studier för att förbättra elektroniska och fotoniska enheter."
En av de mest överraskande resultaten av forskningen är att Scotch Magic-tejp var en av nycklarna till upptäckten. Etsning av en nanometer breda hål i metaller är inte genomförbart med befintliga verktyg. Istället, forskarna i Ohs team konstruerade nanoluckan genom att lägga tunna filmer i atomskala på sidorna av metallmönster och sedan täcka strukturen med ett annat metallskikt. Inga dyra mönstringsverktyg behövdes för att bilda mellanrummen på detta sätt, men det var utmanande att ta bort överflödiga metaller på toppen och exponera de små luckorna. Under en frustrerande kamp med att försöka hitta ett sätt att ta bort metallfilmerna, University of Minnesota Ph.D. student och huvudförfattare till studien Xiaoshu Chen fann att genom att använda enkel Scotch Magic-tejp, överskottsmetallerna kunde lätt avlägsnas.
"Scotch-tejpen fungerar bra, vilket var oväntat, " sa Oh. "Vår teknik är så enkel men kan skapa enhetliga och ultrasmå luckor som vi aldrig har kunnat göra förut. Vi hoppas att det snabbt kommer att tas upp av många forskare."
