Fokuserade elektronstrålar kan samtidigt syntetisera optiskt aktiva nanokristaller och mönstra dem till invecklade ytmatriser

Ett A*STAR-team har monterat zinksulfid (ZnS) kvantprickar i nanoskala nät och matriser på linsliknande skivor genom att utföra elektronstråle litografi på en multifunktionell tunn film. De fotoluminescerande egenskaperna hos dessa mönster kan göra dem till användbara komponenter i applikationer som biosensorer och solceller.

Medan enskilda ZnS -nanopartiklar har spännande optiska egenskaper, på grund av effekterna av kvantkoppling, deras ljusemitterande förmåga blir mer potent när de placeras i beställda enheter. Istället för konventionella bottom-up-tillvägagångssätt som använder våta kemikalier för att generera nanopartikelensembler på kiselchips, många forskare närmar sig nu detta problem uppifrån och ner, använda nanoskalitografi för att ta bort oönskat material och skriva kvantprickar direkt på ytor.

Att snida former i halvledarytor mindre än 10 nanometer är en särskild expertis från M. S. M. Saifullah från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, och kollegor. De dirigerar kraftfulla elektronstrålar vidare till speciella tunna filmer som kallas "motstår". Områden i resisten som utsätts för de fokuserade strålarna genomgår kemiska förändringar som gör att små funktioner kan stanna på plats medan den omgivande filmen tvättas bort av lösningsmedel.

I de flesta elektronstråle litografi tekniker, den mönstrade resisten överförs till ett annat substrat och ett kemiskt etsningssteg genererar de sista nanoskala formerna. Saifullah och teamet, dock, hade en annan strategi. "Vi utvecklade en resist som kan sönderdelas och bilda en metallsulfid precis under elektronstrålen, "konstaterar han." Detta var en utmaning eftersom de flesta motståndare inte har sådana funktioner. "

Teamet hittade en förening som kallas zinkbutylxantat som kan tillgodose deras behov. I denna molekyl, zink- och svavelatomer är anslutna till långkedjiga organiska grupper som eventuellt kan lösgöras med energin från en elektronstråle. Experiment med den nya resisten bevisade effektiviteten i denna omvandlingsprocess:genom att gradvis öka elektronstrålexponeringen, startfilmen omvandlades till ZnS -nanokristaller med en omvandlingsfrekvens på nästan 100 procent

De A*STAR-ledda forskarna utnyttjade zinkbutylxantatets egenskaper för att producera linjer av ZnS-nanokristaller med så små diametrar som 6 nanometer. Sedan, efter att ha karakteriserat strukturerna med elektronmikroskopi, de gjorde en annan serendipitös upptäckt - nanopatronen avgav starkt fotoluminescerande ljus när de utsattes för ultraviolett strålning. Defekttillstånd på nanokristallytorna pekades ut som orsaken till det nya optiska beteendet.

"Det fina med fotoluminescerande ZnS -nanokristaller är att de kan ordnas i praktiskt taget vilken form som helst, "säger Saifullah." I framtiden, vi skulle vilja kombinera dessa nanostrukturer med plasmonik. "