Det är de vises sten av nanoteknik:med hjälp av ett tekniskt trick, forskare vid TU Wien (Wien) har lyckats skapa nanostrukturer gjorda av rent guld.

Idén påminner om de gamla alkemisternas försök att skapa guld av värdelösa ämnen:Forskare från TU Wien (Wien) har upptäckt ett nytt sätt att tillverka nanostrukturer av rent guld med hjälp av en additiv litografi-teknik för direktskrivning. En elektronstråle används för att förvandla en organisk förening till rent guld. Denna nya teknik kan nu användas för att skapa nanostrukturer, som behövs för många tillämpningar inom elektronik och sensorteknik. Precis som med en 3D-skrivare på nanoskala, nästan godtyckliga former kan skapas.

Den långa jakten på rätt produktionsprocess

"Guld är inte bara en ädel metall av exceptionell skönhet, men också ett mycket önskvärt material för funktionella nanostrukturer ", säger professor Heinz Wanzenböck från TU Wien. Speciellt mönstrade guldnanostrukturer är viktiga möjliggörande strukturer i plasmoniska enheter, för biosensorer med immobiliserade antikroppar och som elektriska kontakter. I decennier har tillverkningen av nanostrukturer av rent guld på icke-plana ytor samt av tredimensionella guldnanostrukturer varit flaskhalsen. Tills nu, endast 2-dimensionella guldnanostrukturer på plana ytor kunde uppnås med resistbaserad litografi.

Den nya tekniken, utvecklad vid TU Wien, kan nu lösa detta problem. Principen är den lokala nedbrytningen av en metallorganisk prekursor av den fokuserade elektronstrålen i ett elektronmikroskop. Med extremt hög precision, elektronstrålen kan sönderdela den organiska föreningen vid exakt rätt position, lämnar efter sig ett 3D-spår av massivt guld.

Det sista hindret var att få den materiella renheten rätt, eftersom den elektroninducerade nedbrytningen av metallorganiska prekursorer vanligtvis har gett metaller med höga kolföroreningar. Denna sista flaskhals på vägen mot specialdesignade, nanostrukturer av rent guld har nu övervunnits enligt beskrivningen i arbetet med "Highly conductive and pure gold nanostructures grown by electron beam induced deposition" publicerat i Vetenskapliga rapporter .

Medan konventionell gulddeposition vanligtvis innehåller cirka 70 atomprocent kol och endast 30 atomprocent guld, det nya tillvägagångssättet som utvecklats av en forskargrupp ledd av Dr Heinz Wanzenboeck vid TU Wien har gjort det möjligt att tillverka rena guldstrukturer genom in-situ tillsats av ett oxidationsmedel under gulddeponeringen. "Hela samhället har arbetat hårt de senaste tio åren för att direkt deponera ren guld nanostrukturer", säger Heinz Wanzenböck. Äntligen, koncernens expertis inom ingenjörskonst och kemiska reaktioner gav resultat och direktdeponering av rent guld var framgångsrik. "Det är lite som att upptäcka den legendariska filosofens sten som blir vanlig, ovärdigt material till guld", skämtade Wanzenboeck.

Denna avsatta rena guldstruktur uppvisar extremt låg resistivitet nära den för bulkguld. Rent generellt, en FEBID guldstruktur har en resistivitet runt 1-Ohm-cm vilket är cirka 1 miljon gånger sämre än resistiviteten för renaste bulkguld. Dock, denna speciellt förbättrade FEBID-process ger en resistivitet på 8,8 mikro-Ohm-cm, vilket är bara en faktor 4 från bulkresistiviteten hos renaste guld (2,4 mikro-Ohm-cm).

Författarna till tidningen Dr. Mostafa Moonir Shawrav och Dipl.Ing. Philipp Taus sa, "Denna mycket ledande och rena guldstruktur kommer att öppna en ny dörr för nya nanoelektroniska enheter. Till exempel, det blir lättare att producera rena guldstrukturer för nanoantenner och immobilisering av biomolekyler som kommer att förändra vårt vardagsliv. "Dr Shawrav tillade" det är anmärkningsvärt hur ett vanligt SEM (Scanning Electron Microscope) numera kan deponera nanostrukturer jämfört med 20 år sedan när det var bara en karaktäriseringsanordning". Och med direktdeponering av rent guld tillgängligt nu, han förväntar sig att nanoenheter ska deponeras direkt och användas i många olika tillämpningar för teknisk revolution. Avslutande, detta arbete är ett stort steg framåt för 3D-nano-utskrift av guldstrukturer som kommer att vara kärnan i nanoplasmonik och bioelektronikenheter.