Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont développé une nouvelle technique de lithographie qui utilise des sphères nanométriques pour créer des structures tridimensionnelles (3-D) avec des technologies biomédicales, applications électroniques et photoniques. La nouvelle technique est nettement moins coûteuse que les méthodes conventionnelles et ne repose pas sur l'empilement de motifs bidimensionnels (2-D) pour créer des structures 3-D.

"Notre approche réduit le coût de la nanolithographie au point qu'elle pourrait être réalisée dans votre garage, " dit le Dr Chih-Hao Chang, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à NC State et auteur principal d'un article sur le travail.

La lithographie la plus conventionnelle utilise une variété de techniques pour focaliser la lumière sur un film photosensible afin de créer des motifs 2D. Ces techniques reposent sur des lentilles spécialisées, faisceaux d'électrons ou lasers - qui sont tous extrêmement coûteux. D'autres techniques conventionnelles utilisent des sondes mécaniques, qui sont aussi coûteux. Pour créer des structures 3D, les motifs 2D sont essentiellement imprimés les uns sur les autres.

Les chercheurs de l'État NC ont adopté une approche différente, placer des sphères de polystyrène nanométriques sur la surface du film photosensible.

Les nanosphères sont transparentes, mais pliez et dispersez la lumière qui les traverse de manière prévisible en fonction de l'angle que prend la lumière lorsqu'elle frappe la nanosphère. Les chercheurs maîtrisent la nanolithographie en modifiant la taille de la nanosphère, la durée des expositions lumineuses, et l'angle, longueur d'onde et polarisation de la lumière. Les chercheurs peuvent également utiliser un faisceau lumineux, ou plusieurs faisceaux lumineux, leur permettant de créer une grande variété de conceptions de nanostructures.

"Nous utilisons la nanosphère pour façonner le motif de la lumière, ce qui nous donne la possibilité de façonner la nanostructure résultante en trois dimensions sans utiliser l'équipement coûteux requis par les techniques conventionnelles, " dit Chang. " Et cela nous permet de créer des structures 3D en une seule fois, sans avoir à créer couche après couche de motifs 2D."

Les chercheurs ont également montré qu'ils peuvent amener les nanosphères à s'auto-assembler dans un réseau régulièrement espacé, qui à son tour peut être utilisé pour créer un motif uniforme de nanostructures 3D.

"Cela pourrait être utilisé pour créer une gamme de nanoaiguilles à utiliser dans l'administration de médicaments ou d'autres applications, " dit Xu Zhang, un doctorat étudiant au laboratoire de Chang et auteur principal de l'article.

La nouvelle technique pourrait également être utilisée pour créer des "imprimantes à jet d'encre" à l'échelle nanométrique pour l'impression d'électronique ou de cellules biologiques, ou pour créer des antennes ou des composants photoniques.

« Pour ce travail, nous nous sommes concentrés sur la création de nanostructures à l'aide de polymères photosensibles, qui sont couramment utilisés en lithographie, " dit Zhang. " Mais la technique pourrait également être utilisée pour créer des modèles pour des structures 3D en utilisant d'autres matériaux. "

Les chercheurs étudient actuellement plusieurs façons supplémentaires de manipuler la technique pour contrôler la forme des structures résultantes.

"Nous explorons l'utilisation de matériaux nanosphères autres que le polystyrène, ainsi que des formes de nanoparticules autres que des sphères, " dit Chang. " Et finalement, nous voulons chercher des moyens de contrôler le placement des particules sur le film photosensible dans des motifs autres que des matrices uniformes. "