Dispositifs plasmoniques, tels que les superlentilles, les hyperlentilles et les guides d'ondes plasmoniques - ont un potentiel passionnant pour la recherche et les applications commerciales car ils permettent la lithographie optique, l'imagerie et le guidage d'ondes doivent être effectués à des résolutions inférieures à la limite de diffraction de la lumière. Ces dispositifs nécessitent souvent des films métalliques ultrafins à faibles pertes, qui sont difficiles à fabriquer avec les techniques de dépôt actuelles. Les chercheurs ont étudié des processus tels que le dépôt de la couche d'ensemencement et le recuit thermique pour réduire la rugosité de surface et la densité limite des grains de ces films. À ce jour, cependant, ces processus n'ont pas été couronnés de succès.

Maintenant, Ee Jin Teo et ses collègues de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR, Singapour, l'Université de Hyogo, Japon, et l'Université nationale de Singapour ont utilisé le traitement par faisceau d'ions en grappes de gaz (GCIB) pour lisser des films métalliques ultrafins et ainsi améliorer leurs propriétés. Un GCIB est constitué de milliers de molécules de gaz faiblement liées par les forces de van der Waals. Un tel faisceau est capable de lisser les irrégularités de surface et de réduire l'épaisseur du film avec une précision nanométrique. Ce traitement améliore considérablement la résonance et la propagation des plasmons de surface, et permet la fabrication de films ultraminces avec une résistivité électrique et une perte optique extrêmement faibles.

Contrairement aux faisceaux d'ions monomères utilisés dans le broyage par faisceau d'ions conventionnel et la gravure au plasma, un amas de molécules d'azote gazeux d'une énergie de 20 kiloélectrons-volts tombant sur un film d'argent peut fournir une densité d'énergie élevée à un volume relativement petit :pourtant, l'amas pénètre à une profondeur de quelques nanomètres seulement. L'impact du faisceau sur le film provoque la dispersion latérale des atomes d'argent dans les pics de surface vers les vallées, vides et joints de grains. En plus de produire une surface plus lisse, ce traitement triple la largeur des grains par redéposition d'atomes aux joints de grains.

Le traitement GCIB de l'équipe a permis d'améliorer jusqu'à quatre fois les propriétés électriques et optiques des films d'une épaisseur de 12 nanomètres. "Les caractéristiques uniques de l'irradiation GCIB signifiaient qu'en une seule étape d'irradiation, nous pouvions réduire les pertes par diffusion dues à la rugosité de la surface, joints de grains et vides, " note Téo.

L'équipe de recherche a également utilisé la technique pour lisser la surface supérieure et les parois latérales des guides d'ondes à rayures d'argent à motifs lithographiques, augmenter les longueurs de propagation des plasmons de surface dans ces guides d'ondes.

"À l'avenir, nous avons l'intention d'utiliser cette technique pour améliorer la pureté des couleurs des filtres ou réflecteurs de couleur plasmoniques, et aussi pour augmenter la surface à motifs de la nanolithographie de superlentilles, " dit Teo. " De tels développements rapprocheront la recherche plasmonique de la commercialisation. "