Ett forskarlag från University of Illinois i Urbana-Champaign har utvecklat en roman, avstämbar nanoantenn som banar väg för nya typer av plasmoniska baserade optomekaniska system, varigenom plasmonisk fältförstärkning kan aktivera mekanisk rörelse.

"Nyligen, det har funnits ett stort intresse för att tillverka metallbaserade nanotexturerade ytor som är förprogrammerade för att ändra ljusets egenskaper på ett specifikt sätt efter att inkommande ljus interagerar med det, " förklarade Kimani Toussaint, en docent i mekanisk vetenskap och teknik som ledde forskningen. "För vårt tillvägagångssätt, man kan ta en nanoarray -struktur som redan var tillverkad och ytterligare omkonfigurera plasmoniska, och följaktligen, optiska egenskaper hos utvalda antenner. Därför, man kan bestämma efter tillverkning, snarare än tidigare, hur de vill att deras nanostruktur ska modifiera ljus."

Forskarna utvecklade en roman, metall, pillar-bowtie nanoantenn (p-BNA) arraymall på 500 nanometer höga glaspelare (eller stolpar). Genom att göra så, de visade att gapstorleken för antingen individuella eller flera p-BNAs kan ställas in till ca. 5 nm (ca 4x mindre än vad som för närvarande är möjligt med konventionell elektronstrålelitografiteknik).

"På en grundläggande nivå, vårt arbete visar elektronstrålebaserad manipulation av nanopartiklar som är en storleksordning större än tidigare möjligt, genom att använda en enkel SEM som endast arbetar med en bråkdel av elektronenergierna från tidigare arbete, sa Brian Roxworthy, som tog sin doktorsexamen i elektro- och datorteknik (ECE) i Illinois och var första författare till uppsatsen publicerad i Naturkommunikation .

"Den dramatiska deformationen av nanoantennerna vi observerar underlättas av starka in-gap plasmoniska lägen som exciteras av de passerande elektronerna, som ger upphov till gradientkrafter i nanoNewton-storlek på de ingående metallpartiklarna."

Det tvärvetenskapliga forskargruppen - som inkluderade Abdul Bhuiya (MS -student i ECE -student), Xin Yu (ECE post-grad), och K.C. Chow (en forskningsingenjör vid Micro and Nanotechnology Laboratory) – visade också att gapstorleken för antingen individuella eller flera p-BNA kan ställas in till cirka 5 nm (ungefär 4 gånger mindre än vad som för närvarande är möjligt med konventionell elektronstrålelitografi tekniker).

Teamet visade att en elektronstråle från ett standard scanning elektronmikroskop (SEM) kan användas för att deformera antingen individuella p-BNA-strukturer eller grupper av p-BNAs inom en sub-array med hastigheter så stora som 60 nanometer per sekund. En fotonisk kristallfiber användes för att generera (kvasivitt ljus) superkontinuum för att undersöka det spektrala svaret för utvalda regioner inom arrayen.

Forskarna sa att vikten av detta arbete är trefaldig:Det möjliggör inställning av det optiska (plasmoniska) svaret hos nanoantennerna, ner till nivån för en enda nanoantenn (cirka 250 nanometer tvärs över); det kan leda till unika, spatialt adresserbara nanofotoniska enheter för avkänning och partikelmanipulation, till exempel; och, det ger en bördig plattform för att studera mekanisk, elektromagnetisk, och termiska fenomen i ett system i nanoskala.

Teamet tror att det relativt höga bildförhållandet (pelare höjd till tjocklek) på 4,2 för p-BNA, tillsammans med ett betydande termiskt bidrag, tillåta tillräcklig eftergivlighet hos pelarna att påverkas av elektronstråleinducerade gradientkrafter. Baserat på de observerade experimenten, gradientkraften uppskattas vara i storleksordningen nanoNewton.

"Vår tillverkningsprocess visar för första gången ett innovativt sätt att tillverka plasmoniska nanoantennstrukturer under SEM, som undviker komplikationer såsom närhetseffekter från konventionella litografitekniker, " Bhuiya sade. "Denna process minskar också gapet av nanoantennerna ner till ~5 nm under SEM med en kontrollerad reduktionshastighet. Med denna nya tillverkningsteknik, det öppnar en väg att studera olika fenomen som leder till nya spännande forskningsfält."