Dans la quête d'exploiter des propriétés uniques à l'échelle nanométrique, des scientifiques du Stevens Institute of Technology ont développé une nouvelle technique pour créer des réseaux uniformes de nanostructures métalliques. Une équipe de professeurs et d'étudiants du Département de physique et de génie physique, dirigé par le Dr Stefan Strauf, méthodes appropriées de la lithographie holographique pour démontrer une nouvelle approche pour augmenter la fabrication de réseaux de nanogap plasmoniques tout en réduisant simultanément les coûts et l'infrastructure. Un article sur la technique est paru récemment dans Lettres nano 11, 2715 (2011).
"Le professeur Strauf fait des recherches à la pointe de la physique, " dit le Dr Rainer Martini, Directeur du Département de Physique et Génie Physique. "Son laboratoire produit des percées en recherche dont l'impact va bien au-delà de son propre domaine et offre d'excellentes opportunités d'apprentissage et de publication aux étudiants des cycles supérieurs et de premier cycle."
Les réseaux de nanogap plasmoniques sont essentiellement des nanostructures métalliques uniformément placées qui présentent un minuscule espace d'air entre les voisins. En créant des champs électriques fortement confinés sous éclairage optique, ces minuscules entrefers permettent aux scientifiques d'utiliser les réseaux dans une variété d'applications, en particulier dans la miniaturisation des circuits photoniques et la détection ultrasensible. De tels capteurs pourraient être utilisés pour détecter la présence de protéines ou de produits chimiques spécifiques jusqu'au niveau de molécules individuelles, ou utilisé en microscopie à haute résolution. Circuits nanophotoniques, capable de transmettre d'énormes quantités d'informations, sont considérés comme cruciaux pour amener l'ère du traitement exaflop et une nouvelle génération de puissance de calcul.
Les techniques de fabrication établies pour les réseaux de nanogap se sont concentrées sur les méthodes en série, qui prennent du temps, avoir un faible débit, et sont par conséquent chères. Lithographie holographique (HL), une approche optique qui tire parti des motifs d'interférence des faisceaux laser pour créer des motifs périodiques, avait déjà été démontré qu'il créait des caractéristiques de sous-longueur d'onde. L'équipe du Dr Strauf a fait progresser la méthodologie HL en utilisant l'interférence à quatre faisceaux et le concept d'un réseau composé pour créer des formes de motifs jumeaux accordables dans un modèle en polymère, résultant en des entrefers métalliques jusqu'à 7 nm, soixante-dix fois plus petites que les longueurs d'onde de la lumière laser bleue utilisée pour écrire les caractéristiques.
Les scientifiques de Stevens ont étendu l'utilité de HL pour créer des lacunes avec des résultats comparables aux techniques de fabrication en série laborieuses telles que la lithographie par faisceau d'électrons ou le broyage par faisceau d'ions focalisé. En plus d'être une méthode de production plus simple et plus rentable, leur technique ne nécessite pas de salle blanche et atteint actuellement 90 % d'uniformité dans le modèle de réseau. Par conséquent, ces innovations constituent la base d'une fabrication de haute qualité, des baies à grande échelle à une vitesse supérieure et à un coût inférieur à ce qui était auparavant réalisable.
"Ce projet de recherche m'a donné l'opportunité de devenir un expert de la technique HL, " dit Xi Zhang, le premier auteur de l'article de Nano Letters et un doctorant. Xi et ses collègues étudiants mesurent maintenant les effets de la diffusion Raman améliorée en surface (SERS) qui résultent de ces réseaux et continuent d'améliorer l'uniformité des réseaux pendant la fabrication. "Nous venons d'obtenir d'excellents résultats de la première expérience SERS, et certainement il y a plus de papiers à suivre, " elle dit.
Le Dr Strauf est directeur du Laboratoire de nanophotonique (NPL) à Stevens, où il supervise des recherches de pointe dans les domaines de la nanophotonique et de la nanoélectronique à l'état solide. La recherche au laboratoire comprend le développement de méthodes de fabrication pour des matériaux à l'échelle nanométrique et des applications de dispositifs quantiques. Des projets NPL récents ont donné lieu à des articles publiés sur les points quantiques et le graphène. Le laboratoire a reçu un financement de projet de l'Air Force Office of Scientific Research et deux subventions d'instrumentation de la National Science Foundation. Le Dr Strauf est également le récipiendaire du prestigieux NSF CAREER Award.
