Une équipe de recherche de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign a développé un roman, nanoantenne accordable qui ouvre la voie à de nouveaux types de systèmes optomécaniques basés sur la plasmonique, grâce à quoi l'amélioration du champ plasmonique peut déclencher un mouvement mécanique.

"Récemment, il y a eu beaucoup d'intérêt pour la fabrication de surfaces nanotexturées à base de métal qui sont préprogrammées pour modifier les propriétés de la lumière d'une manière spécifique après que la lumière entrante interagit avec elle, " a expliqué Kimani Toussaint, un professeur agrégé de science mécanique et d'ingénierie qui a dirigé la recherche. « Pour notre approche, on peut prendre une structure de nanoarray qui a déjà été fabriquée et reconfigurer davantage le plasmonique, et donc, propriétés optiques de certaines antennes. Par conséquent, on peut décider après fabrication, plutôt qu'avant, comment ils veulent que leur nanostructure modifie la lumière."

Les chercheurs ont développé un roman, métal, modèle de réseau de nanoantennes pilier-nœud papillon (p-BNA) sur des piliers (ou des poteaux) en verre de 500 nanomètres de haut. Ce faisant, ils ont démontré que la taille de l'écart pour les p-BNA individuels ou multiples peut être réduite à env. 5 nm (environ 4 fois plus petit que ce qui est actuellement réalisable en utilisant les techniques conventionnelles de lithographie par faisceau d'électrons).

« À un niveau fondamental, notre travail démontre la manipulation par faisceau d'électrons de nanoparticules d'un ordre de grandeur plus grand qu'auparavant, en utilisant un simple SEM fonctionnant à seulement une fraction des énergies des électrons des travaux précédents, " a déclaré Brian Roxworthy, qui a obtenu son doctorat en génie électrique et informatique (ECE) à l'Illinois et a été le premier auteur de l'article publié dans Communication Nature .

"La déformation spectaculaire des nanoantennes que nous observons est facilitée par de puissants modes plasmoniques dans l'intervalle excités par les électrons qui passent, qui donnent lieu à des forces de gradient de magnitude nanoNewton sur les particules métalliques constitutives."

L'équipe de recherche interdisciplinaire, qui comprenait Abdul Bhuiya (étudiant en MS en EPE), Xin Yu (EPE post-gradué), et K.C. Chow (ingénieur de recherche au Laboratoire de micro et nanotechnologie) - a également démontré que la taille de l'écart pour les p-BNA individuels ou multiples peut être réglée à environ 5 nm (environ 4 fois plus petite que ce qui est actuellement réalisable en utilisant la lithographie conventionnelle par faisceau d'électrons technique).

L'équipe a démontré qu'un faisceau d'électrons provenant d'un microscope électronique à balayage (MEB) standard peut être utilisé pour déformer des structures de p-BNA individuelles ou des groupes de p-BNA dans un sous-réseau avec des vitesses pouvant atteindre 60 nanomètres par seconde. Une fibre à cristal photonique a été utilisée pour générer un supercontinuum (lumière quasi blanche) afin de sonder la réponse spectrale de régions sélectionnées dans le réseau.

Les chercheurs ont déclaré que l'importance de ce travail est triple :il permet de régler la réponse optique (plasmonique) des nanoantennes, jusqu'au niveau d'une seule nanoantenne (environ 250 nanomètres de diamètre); cela pourrait conduire à unique, dispositifs nanophotoniques adressables spatialement pour la détection et la manipulation de particules, par exemple; et, il offre une plate-forme fertile pour l'étude de la mécanique, électromagnétique, et les phénomènes thermiques dans un système à l'échelle nanométrique.

L'équipe estime que le rapport hauteur/largeur relativement élevé (hauteur/épaisseur des piliers) de 4,2 pour les p-BNA, avec un apport thermique important, permettre une conformité suffisante des piliers à actionner par des forces de gradient induites par faisceau d'électrons. Sur la base des expériences observées, la force de gradient est estimée être de l'ordre du nanoNewtons.

"Notre processus de fabrication montre pour la première fois une manière innovante de fabriquer des structures de nanoantennes plasmoniques sous le MEB, ce qui évite des complications telles que les effets de proximité des techniques classiques de lithographie, " a déclaré Bhuiya. " Ce processus réduit également l'écart des nanoantennes jusqu'à ~ 5 nm sous SEM avec un taux de réduction contrôlé. Avec cette nouvelle technique de fabrication, cela ouvre une voie pour étudier différents phénomènes qui mènent à de nouveaux domaines de recherche passionnants."