Débloquer les capacités de détection de molécules des nanoparticules d'or nécessite souvent des techniques de positionnement qui dépassent les limites de la lithographie conventionnelle. Une équipe A*STAR démontre maintenant qu'une combinaison de modèles topographiques et de pièges localisés laissés par l'évaporation de liquides peut fabriquer des réseaux de nanoparticules avec des séparations contrôlables inférieures à cinq nanomètres.

Laissé seul, les nanoparticules ont tendance à s'agglomérer en raison de leur forte entropie. Parce que garder les nanosphères d'or à des distances les unes des autres est essentiel pour les applications, y compris la bio-imagerie optique, les chercheurs développent des moyens de fabriquer automatiquement des centaines de milliers de ces objets. Une voie prometteuse, connu sous le nom d'auto-assemblage dirigé, dépose des suspensions liquides de réactifs sur des substrats avec des motifs prédéfinis à petite échelle. L'action capillaire du liquide attire ensuite les nanoparticules à l'intérieur des modèles en les poussant vers leurs emplacements cibles.

Mohamed Asbahi de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux d'A*STAR se souvient d'avoir essayé de contrôler l'auto-assemblage dans des gabarits de forme carrée lorsque lui et ses collègues ont fait une découverte intrigante. « Nous augmentions la taille des cavités dans les modèles, et s'attend à voir plus de nanoparticules à l'intérieur essayant d'optimiser leur arrangement, " dit-il. " Mais avec le toluène comme solvant, seules quatre nanoparticules ont été piégées à chaque coin d'un carré, quelle que soit la taille de la cavité."

Pour expliquer ce comportement, les chercheurs ont développé un modèle virtuel pour simuler les interactions entre les nanoparticules déposées et le solvant dans des cavités confinées. Ces calculs ont montré qu'après que le liquide commence à sécher, la forme de l'interface en retrait a joué un rôle clé dans le positionnement. Par exemple, des « doigts » liquides allongés dans des modèles carrés ont forcé les nanoparticules à se déplacer vers les coins où le volume de solvant est le plus important.

"Nous avons été surpris par cet effet avant d'en comprendre la physique, " dit Asbahi. " Mais après avoir prédit que les cavités irrégulières réussissaient mieux à diriger les nanoparticules que les équilatérales, nous avons choisi de valider nos explications avec des gabarits triangulaires."

Travaillant avec la lithographie par faisceau d'électrons de pointe, les chercheurs ont fabriqué des modèles contenant des milliers de triangles de quelques nanomètres à l'échelle. La comparaison des triangles équilatéraux et rectangles a révélé le potentiel des motifs asymétriques :jusqu'à trois nanoparticules pouvaient être piégées et positionnées à diverses séparations à l'échelle nanométrique dans des modèles à angle droit.

D'autres expériences ont démontré que des liquides particuliers peuvent avoir des impacts différents sur les modèles à l'échelle nanométrique. Alors que le toluène a tendance à s'accrocher à la structure du modèle et à piéger les nanoparticules à des densités inférieures à la normale, les solvants à l'hexane produisent des surfaces entièrement tassées. Asbahi note que le contrôle offert par cette technique pourrait être suffisant pour l'intégration dans des circuits préfabriqués et des nanostructures plasmoniques.