Des scientifiques de l'Université fédérale d'Extrême-Orient (FEFU) en collaboration avec des collègues de la branche d'Extrême-Orient de l'Académie des sciences de Russie (FEB RAS), ITMO University et Swinburne University of Technology (Australie), ont développé une méthode de production de masse efficace de nanoantennes entièrement alliées au silicium et au germanium. La technologie a des applications potentielles dans les plates-formes biosensorielles optiques et les capteurs chimiques de nouvelle génération pour un traçage rapide et précis des virus, pollutions, explosifs, etc. à de faibles concentrations. L'étude est publiée dans Nanoéchelle .

Pour fabriquer des nanoantennes optiques tout diélectriques (AD), des scientifiques ont proposé une technologie simple basée sur un démouillage assisté par la température de substrats commerciaux de silicium sur isolant (SOI) à 800 degrés C sous vide poussé. Un tel traitement d'un substrat SOI conduit à la formation de nanogouttes de silicium, qui peuvent être utilisées comme nanoantennes optiques, amplifier les signaux de diverses molécules adsorbées. Le dépôt de Ge dans le processus de démouillage SOI produit des nanoparticules alliées aux propriétés uniques. De telles nanoantennes permettent aux scientifiques d'identifier les molécules adsorbées ainsi que d'accéder et de contrôler la température locale avec une précision et une résolution élevées dans le processus de mesure.

"Il est très utile de connaître la température locale, parce que dans le processus de mesure, les nanoantennes et les molécules d'analyte adsorbées sont exposées à un rayonnement laser intense qui provoque leur échauffement. À la fois, la plupart des molécules organiques se dégradent à des températures plutôt basses autour de 130-170 degrés C, c'est-à-dire en cours de mesure, on peut simplement les brûler avant d'obtenir un signal utile. Une telle modalité de rétroaction de température utile ne peut pas être réalisée avec des nanoantennes plasmoniques couramment utilisées pour concevoir des biocapteurs. Les nanoantennes entièrement diélectriques offrent un moyen fiable d'atteindre cette fonctionnalité, comme le spectre des caractéristiques mesurées des molécules d'analyte contient déjà toutes les informations nécessaires pour déterminer la température locale du système nanoantenne-molécule, " dit Alexandre Kuchmizhak, chercheur au Centre FEFU de réalité virtuelle et augmentée.

"En contrôlant la concentration de germanium dans les nanoparticules de silicium alliées, on peut adapter leurs propriétés; en particulier, contrôler leurs caractéristiques optiques de résonance, ainsi que l'efficacité de conversion lumière-chaleur. Ceci est très utile pour l'étude de divers processus chimiques et réactions induits par le rayonnement laser, " a déclaré Evgeny Mitsai, chercheur à l'Institut des procédés d'automatisation et de contrôle et à l'Institut de chimie, FÉV RAS.

Le scientifique a souligné qu'en utilisant des nanoantennes entièrement diélectriques, les scientifiques peuvent étudier en détail les effets induits par la température dans les réactions chimiques induites par laser à haute résolution temporelle. De plus, les nanoantennes tout diélectriques restent chimiquement non invasives.

Jusqu'à aujourd'hui, la production en série de nanoantennes tout diélectriques était difficile. La lithographie par faisceau d'électrons couramment utilisée était trop coûteuse et prenait beaucoup de temps. La technologie proposée par les scientifiques de la FEFU en collaboration avec leurs collègues de la FEB RAS, Université ITMO, universités d'Australie et de Tunisie, permet de dépasser cette limitation.