Les faisceaux d'électrons focalisés peuvent synthétiser simultanément des nanocristaux optiquement actifs et les modeler en réseaux de surface complexes

Une équipe A*STAR a assemblé des points quantiques de sulfure de zinc (ZnS) dans des grilles nanométriques et des matrices de disques en forme de lentille en effectuant une lithographie par faisceau d'électrons sur un film mince polyvalent. Les propriétés photoluminescentes de ces motifs pourraient en faire des composants utiles dans des applications telles que les biocapteurs et les cellules solaires.

Alors que les nanoparticules de ZnS individuelles ont des propriétés optiques intrigantes, en raison des effets du couplage quantique, leurs capacités d'émission de lumière deviennent plus puissantes lorsqu'elles sont positionnées dans des assemblages ordonnés. Au lieu des approches ascendantes conventionnelles qui utilisent des produits chimiques humides pour générer des ensembles de nanoparticules sur des puces de silicium, de nombreux chercheurs abordent maintenant ce problème de haut en bas, en utilisant la lithographie à l'échelle nanométrique pour éliminer les matériaux indésirables et écrire des points quantiques directement sur les surfaces.

Sculpter des formes dans des surfaces semi-conductrices inférieures à 10 nanomètres est une expertise particulière de M. S. M. Saifullah de l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, et collègues. Ils dirigent des faisceaux d'électrons de haute puissance sur des films minces spéciaux appelés « résist ». Les zones de la réserve exposées aux faisceaux focalisés subissent des modifications chimiques qui permettent à de minuscules éléments de rester en place tandis que le film environnant est emporté par les solvants.

Dans la plupart des techniques de lithographie par faisceau d'électrons, la réserve à motifs est transférée sur un autre substrat et une étape de gravure chimique génère les formes nanométriques finales. Saifullah et l'équipe, cependant, avait une stratégie différente. "Nous avons développé une réserve qui peut se décomposer et former un sulfure métallique juste sous le faisceau d'électrons, " note-t-il. " C'était un défi car la plupart des résistances n'ont pas de telles fonctionnalités. "

L'équipe a trouvé un composé appelé butylxanthate de zinc qui pourrait répondre à leurs besoins. Dans cette molécule, les atomes de zinc et de soufre sont connectés à des groupes organiques à longue chaîne qui peuvent potentiellement être détachés à l'aide de l'énergie d'un faisceau d'électrons. Des expériences avec la nouvelle réserve ont prouvé l'efficacité de ce processus de conversion :en augmentant progressivement l'exposition au faisceau d'électrons, le film de départ a été transformé en nanocristaux de ZnS avec un taux de conversion de près de 100 pour cent

Les chercheurs dirigés par A*STAR ont exploité les propriétés de la résistance au butylxanthate de zinc pour produire des lignes de nanocristaux de ZnS d'un diamètre aussi fin que 6 nanomètres. Puis, après caractérisation des structures en microscopie électronique, ils ont fait une autre découverte fortuite :les nanomotifs émettaient une lumière photoluminescente brillante lorsqu'ils étaient exposés au rayonnement ultraviolet. Les états défectueux sur les surfaces des nanocristaux ont été identifiés comme la cause du nouveau comportement optique.

"Ce qui est bien avec les nanocristaux de ZnS photoluminescents, c'est qu'ils peuvent être disposés dans pratiquement n'importe quelle forme, " dit Saifullah. " A l'avenir, nous aimerions combiner ces nanostructures avec la plasmonique."