Forskare vid Far Eastern Federal University (FEFU) i samarbete med kollegor från Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences (FEB RAS), ITMO University och Swinburne University of Technology (Australien), har utvecklat en metod för effektiv massproduktion av kisel-germanium hellegerade nanoantenner. Tekniken har potentiella tillämpningar i optiska biosensoriska plattformar och nästa generations kemiska sensorer för snabb och exakt spårning av virus, föroreningar, explosiva varor, etc. vid låga koncentrationer. Studien publiceras i Nanoskala .

För att tillverka all-dielektriska (AD) optiska nanoantenner, forskare har föreslagit en enkel teknik baserad på en temperaturassisterad avfuktning av kommersiella kisel-på-isolator (SOI) substrat vid 800 grader C i högvakuum. Sådan behandling av ett SOI -substrat leder till bildandet av kisel -nanodroppar, som kan användas som optiska nanoantenner, förstärka signalerna från olika adsorberade molekyler. Avsättningen av Ge vid SOI -avfuktning producerar legerade nanopartiklar med unika egenskaper. Sådana nanoantenner tillåter forskare att identifiera adsorberade molekyler samt att komma åt och kontrollera den lokala temperaturen med hög noggrannhet och upplösning i mätprocessen.

"Det är mycket användbart att känna till den lokala temperaturen, eftersom i mätprocessen, både nanoantennerna och de adsorberade analytmolekylerna exponeras med intensiv laserstrålning som orsakar deras uppvärmning. På samma gång, de flesta organiska molekyler bryts ner vid ganska låga temperaturer runt 130-170 grader C, dvs i mätprocessen, man kan helt enkelt bränna upp dem innan de får en användbar signal. Sådan användbar temperaturåterkopplingsmodalitet kan inte realiseras med plasmoniska nanoantenner som vanligtvis används för att designa biosensorer. Hel dielektriska nanoantenner ger ett pålitligt sätt att uppnå denna funktion, eftersom det uppmätta egenskapernas spektrum av analytmolekylerna redan innehåller all information som krävs för att bestämma den lokala temperaturen i nanoantenna-molekylsystemet, "sa Aleksandr Kuchmizhak, en forskare vid FEFU Center for Virtual and Augmented reality.

"Genom att kontrollera koncentrationen av germanium i de legerade kiselnanopartiklarna, man kan skräddarsy deras egenskaper; särskilt, kontrollera deras resonansoptiska egenskaper, samt ljus-till-värme-omvandlingseffektiviteten. Detta är mycket användbart för att studera olika kemiska processer och reaktioner som induceras av laserstrålning, "sa Evgeny Mitsai, en forskare vid Institute of Automation and Control Processes och Institute of Chemistry, FEB RAS.

Forskaren betonade att genom att använda hel dielektriska nanoantenner, forskare kan studera i detalj de temperaturmedierade effekterna i laserinducerade kemiska reaktioner vid hög tidsupplösning. Dessutom, alla dielektriska nanoantenner förblir kemiskt icke-invasiva.

Tills idag, massproduktionen av alla dielektriska nanoantenner var svår. Vanligt använt elektronstråle litografi var för dyrt och tidskrävande. Tekniken som föreslås av FEFU -forskare i samarbete med sina kollegor från FEB RAS, ITMO University, universitet i Australien och Tunisien, tillåter att komma över denna begränsning.