Plasmoniska enheter - som superlinser, hyperlinser och plasmoniska vågledare – har spännande potential för forskning och kommersiella tillämpningar eftersom de tillåter optisk litografi, avbildning och vågledning som ska utföras vid upplösningar under ljusets diffraktionsgräns. Dessa enheter kräver ofta ultratunna metallfilmer med låg förlust, som är svåra att tillverka med nuvarande deponeringstekniker. Forskare har undersökt processer som frölageravsättning och termisk glödgning för att minska ytråheten och korngränsdensiteten hos dessa filmer. Hittills, dock, dessa processer har inte varit särskilt framgångsrika.

Nu, Ee Jin Teo och kollegor vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, University of Hyogo, Japan, och National University of Singapore har använt gasklusterjonstråle (GCIB) för att släta ut ultratunna metallfilmer och därigenom förbättra deras egenskaper. En GCIB består av tusentals gasmolekyler som är svagt bundna av van der Waals krafter. En sådan stråle kan jämna ut ytojämnheter och minska filmtjockleken med nanometerprecision. Denna bearbetning förbättrar avsevärt ytplasmonresonans och fortplantning, och möjliggör tillverkning av ultratunna filmer med extremt låg elektrisk resistivitet och optisk förlust.

Till skillnad från monomerjonstrålar som används vid konventionell jonstrålefräsning och plasmaetsning, ett kluster av kvävgasmolekyler med en energi på 20 kiloelektronvolt som träffar en silverfilm kan leverera en hög energitäthet till en relativt liten volym:ändå penetrerar klustret till ett djup av bara några nanometer. Strålens inverkan på filmen gör att silveratomer i yttoppar sprids i sidled mot dalar, tomrum och korngränser. Förutom att producera en slätare yta, denna bearbetning tredubblar kornbredden genom omfördelning av atomer vid korngränser.

Teamets GCIB-behandling resulterade i upp till en fyrfaldig förbättring av de elektriska och optiska egenskaperna hos filmer med en tjocklek av 12 nanometer. "De unika egenskaperna hos GCIB -bestrålning innebar att vi i ett enda bestrålningssteg kunde minska spridningsförluster på grund av ytjämnhet, korngränser och tomrum, "konstaterar Teo.

Forskargruppen använde också tekniken för att jämna ut den övre ytan och sidoväggarna på litografiskt mönstrade vågledare med silverrand, öka utbredningslängderna för ytplasmoner i dessa vågledare.

"I framtiden, vi avser att använda denna teknik för att förbättra färgrenheten hos plasmoniska färgfilter eller reflektorer, och även för att öka det mönstrade området av superlens nanolitografi, "säger Teo." Sådan utveckling kommer att föra plasmonisk forskning ett steg närmare kommersialisering. "