Les micrographies électroniques à balayage montrent un dépôt planaire de 10 microns. Les cristaux d'argent constitutifs mesurent environ 100 nanomètres. Crédit :HZB/ Matériaux et interfaces appliqués ACS (2017)
Quand il s'agit d'extrêmement fine, caractéristiques précises, un microscope électronique à balayage (MEB) est sans égal. Un faisceau d'électrons focalisé peut déposer directement des caractéristiques complexes sur un substrat en une seule étape (dépôt induit par faisceau d'électrons, BIDC). Bien qu'il s'agisse d'une technique établie pour l'or, platine, cuivre et autres métaux, l'écriture directe par faisceau d'électrons de l'argent est restée insaisissable. Encore, l'argent, métal noble, promet des applications potentielles particulièrement intéressantes en nano-optique dans les technologies de l'information. Pour la première fois, une équipe du HZB et des Laboratoires fédéraux suisses pour la science et la technologie des matériaux (EMPA) a réalisé avec succès le dépôt local de nanocristaux d'argent par l'EBID.
Les résultats ont maintenant été publiés dans le journal de l'American Chemical Society's Interfaces de matériaux appliqués ACS .
La chimie des composés d'argent typiques est extrêmement difficile. Ils sont difficiles à évaporer et sont très réactifs. Pendant le chauffage dans l'unité d'injection, ils ont tendance à réagir chimiquement avec les parois du réservoir. Sur leur trajet du réservoir à la pointe de l'aiguille, ces composés gèlent à nouveau à la moindre baisse de température et obstruent le tube. "Il nous a fallu beaucoup de temps et d'efforts pour concevoir une nouvelle unité d'injection et trouver un composé d'argent approprié", explique le Dr Katja Höflich, physicienne du HZB, qui a réalisé les expériences dans le cadre d'une bourse postdoctorale Helmholtz à l'EMPA. "Finalement, nous avons réussi. Le diméthylbutyrate d'argent composé reste stable et ne se dissocie que dans le foyer du faisceau d'électrons. » Höflich et ses collègues ont utilisé pour la première fois la méthode EBID pour créer des zones bien définies de minuscules nanocristaux d'argent.
Ecrire avec le faisceau d'électrons
Le principe fonctionne comme suit :de minuscules quantités d'une substance précurseur - généralement un composé organo-métallique - sont injectées dans la chambre à vide du MEB près de la surface de l'échantillon à l'aide d'une aiguille. Là où le faisceau d'électrons frappe la surface de l'échantillon, les molécules précurseurs se dissocient et leurs constituants non volatils se déposent en place. Le faisceau d'électrons peut se déplacer comme un stylo sur le substrat pour créer les caractéristiques souhaitées. Pour de nombreuses substances précurseurs, cela fonctionne même en trois dimensions.
Le cristal d'argent apparaît sous la forme de points chauds d'une luminosité extrême sous éclairage laser. L'analyse spectrale (spectroscopie Raman) montre que chaque nanocristal est entouré d'une peau de carbone. Crédit :HZB/ACS Matériaux appliqués et interfaces (2017)
Les nanostructures d'argent fabriquées possèdent des propriétés optiques remarquables :la lumière visible peut exciter les électrons libres du métal en oscillations appelées plasmons. Les plasmons sont accompagnés d'un éclairage extrême. Des informations sur la composition des surfaces peuvent être obtenues à partir de la couleur et de l'intensité de cette lumière diffusée. Cet effet peut être utilisé en spectroscopie Raman pour détecter l'empreinte de molécules spécifiques qui se lient à la surface de l'argent - jusqu'au niveau d'une seule molécule. D'où, les nanostructures d'argent sont de bons candidats comme capteurs d'explosifs ou d'autres composés dangereux.
D'autres applications sont envisageables dans les technologies de l'information futures :des nanostructures d'argent complexes peuvent constituer la base d'un traitement de l'information purement optique. Pour s'en rendre compte, le processus doit être affiné, de telle sorte que des caractéristiques complexes puissent être écrites directement comme c'est déjà possible pour d'autres composés précurseurs.
