Les nanoparticules d'or inférieures à 10 nanomètres s'auto-organisent spontanément de manière entièrement nouvelle lorsqu'elles sont piégées à l'intérieur de modèles en forme de canaux. Une nouvelle étude montre que cette fonctionnalité pourrait faciliter la fabrication à l'échelle nanométrique de biocapteurs et de dispositifs plasmoniques avec des structures de surface à haute densité.

La génération de motifs de surface à des échelles de 10 nanomètres et moins est difficile avec la technologie actuelle. Une équipe internationale, dirigé par Joel Yang du A*STAR Institute of Materials Research and Engineering à Singapour, aide à contourner cette limitation en utilisant une technique connue sous le nom d'« auto-assemblage dirigé de nanoparticules » (DSA-n).

Cette approche prend des nanoparticules sphériques qui s'organisent spontanément en ordonnées, films bidimensionnels lorsqu'ils sont insérés dans des modèles définis par lithographie. Les modèles imposent des contraintes géométriques qui forcent les films à s'organiser en motifs nanométriques spécifiques.

La plupart des modèles produits par DSA-n, cependant, sont de simples arrangements périodiques. Pour élargir les capacités de cette technique, les chercheurs explorent les « transitions de structure » qui se produisent lorsque les contraintes du modèle deviennent comparables à la taille des nanoparticules. A ces dimensions, les petites sphères peuvent se disloquer des positions périodiques typiques et se réorienter vers de nouvelles géométries imprévisibles.

Des études antérieures ont utilisé la microscopie vidéo en temps réel pour capturer les transitions de structure dans des colloïdes microscopiques, mais l'imagerie directe de particules inférieures à 10 nanomètres est presque impossible. « C'est là que nous est venue l'idée d'utiliser des modèles basés sur des canaux dont la largeur varie progressivement, " dit le co-auteur Mohamed Asbahi. " Avec ce système, nous pouvons suivre l'auto-assemblage des nanoparticules en fonction de l'espace qui leur est accessible."

En utilisant les techniques de lithographie par faisceau d'électrons, l'équipe a creusé une série de tranchées effilées vers l'intérieur conçues pour s'adapter à 1 à 3 rangées de nanoparticules d'or. Après avoir déposé une monocouche de particules de 8 nanomètres dans le gabarit, ils ont utilisé la microscopie électronique à balayage pour identifier tout motif émergent dépendant de la largeur. Entre les lignes ordonnées périodiquement, les chercheurs ont vu des preuves claires de zones d'état de transition - des régions où les minuscules sphères se désalignent et prennent progressivement de nouvelles, modèles d'emballage triangulaires.

Après avoir analysé les états de transition avec des simulations numériques de Monte Carlo, Yang et ses collègues ont identifié plusieurs modèles récurrents dominants avec différentes géométries à partir de dépôts typiques de DSA-n. Parce que les conditions nécessaires pour générer ces modèles peuvent être prédites mathématiquement, l'équipe est convaincue que ces découvertes peuvent avoir des applications pratiques d'ingénierie de surface.

"Le succès de DSA-n dépend de la précision de positionnement des particules, " dit Yang. " En exploitant le riche ensemble de géométries structurelles qui existent entre les états ordonnés, nous pouvons concevoir des modèles qui guident les particules dans des structures périodiques et non périodiques complexes."