När det kommer till extremt bra, exakta egenskaper, ett svepelektronmikroskop (SEM) är oöverträffad. En fokuserad elektronstråle kan direkt avsätta komplexa egenskaper på ett substrat i ett enda steg (Electron-Beam-Induced Deposition, EBID). Även om detta är en etablerad teknik för guld, platina, koppar och andra metaller, direkt elektronstråleskrivning av silver förblev svårfångad. Än, ädelmetallen silver lovar särskilt intressanta potentiella tillämpningar inom nanooptik inom informationsteknologi. För första gången har ett team från HZB och Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (EMPA) framgångsrikt realiserat den lokala depositionen av silvernanokristaller genom EBID.

Resultaten har nu publicerats i tidskriften American Chemical Society's ACS Applied Materials Interfaces .

Kemin hos typiska silverföreningar är extremt utmanande. De är svåra att avdunsta och är mycket reaktiva. Under uppvärmningen i injektionsenheten, de tenderar att kemiskt reagera med reservoarväggarna. Längs deras väg från reservoaren till spetsen av nålen, dessa föreningar fryser igen vid minsta temperaturfall och blockerar röret. "Det tog oss mycket tid och ansträngning att designa en ny injektionsenhet och hitta en lämplig silverblandning", förklarar HZB-fysikern Dr. Katja Höflich, som utförde experimenten som en del av ett Helmholtz Postdoctoral Fellowship vid EMPA. "Till sist, vi klarade det. Föreningen silverdimetylbutyrat förblir stabil och dissocierar endast i elektronstrålens fokus." Höflich och hennes kollegor använde EBID-metoden för att skapa skarpt definierade områden av små silvernanokristaller för första gången.

Att skriva med elektronstrålen

Principen fungerar enligt följande:små mängder av en prekursorsubstans - vanligtvis en metallorganisk förening - injiceras i vakuumkammaren på SEM nära provets yta med hjälp av en nål. Där elektronstrålen träffar provytan, prekursormolekylerna dissocierar och deras icke-flyktiga beståndsdelar avsätts på plats. Elektronstrålen kan röra sig som en penna över substratet för att skapa de önskade egenskaperna. För många prekursorämnen fungerar detta även i tre dimensioner.

De tillverkade silvernanostrukturerna har anmärkningsvärda optiska egenskaper:synligt ljus kan excitera de fria elektronerna i metallen till svängningar som kallas plasmoner. Plasmoner åtföljs av en extrem belysning. Information om ytornas sammansättning kan erhållas från färgen och intensiteten hos detta spridda ljus. Denna effekt kan användas i Raman-spektroskopi för att detektera fingeravtrycket av specifika molekyler som binder till silverytan - ner till nivån för en enskild molekyl. Därav, silver nanostrukturer är bra kandidater som sensorer för sprängämnen eller andra farliga föreningar.

Ytterligare tillämpningar är tänkbara inom framtida informationsteknologi:komplexa silvernanostrukturer kan utgöra grunden för rent optisk informationsbehandling. För att inse detta, processen måste förfinas, så att komplexa egenskaper kan skrivas direkt som redan är möjligt för andra prekursorföreningar.