Depuis une vingtaine d’années, il est possible de modifier des surfaces via des nanoparticules afin qu’elles concentrent ou manipulent la lumière d’une manière souhaitée ou déclenchent d’autres réactions. De telles nanostructures optiquement actives peuvent être trouvées par exemple dans les cellules solaires et les capteurs biologiques ou chimiques.
Afin d'élargir la gamme d'applications de ces nanostructures, des chercheurs de l'Institut de microscopie électronique et de nanoanalyse (Université technologique de Graz) et du Centre de microscopie électronique de Graz (ZFE) travaillent depuis plus d'une décennie sur la fabrication non seulement de surfaces planes. les nanostructures, mais en particulier les architectures 3D complexes et autonomes.
L'équipe dirigée par Harald Plank, Verena Reisecker et David Kuhness a réalisé deux percées. Il est désormais possible de simuler précisément à l’avance les formes et les tailles requises des nanostructures pour obtenir les propriétés optiques souhaitées, qui peuvent ensuite être produites avec précision. L'équipe a également réussi à éliminer complètement les impuretés chimiques incorporées lors de la production initiale sans impact négatif sur les nanoarchitectures 3D.
Les résultats sont publiés dans la revue Advanced Functional Materials .
Jusqu'à présent, les nanostructures 3D nécessitaient un long processus d'essais et d'erreurs jusqu'à ce que le produit révèle les propriétés optiques souhaitées. Cette difficulté a finalement été éliminée. "La cohérence entre les simulations et les résonances plasmoniques réelles d'un large éventail de nanoarchitectures est très élevée", explique Plank. "C'est un énorme pas en avant. Le travail acharné de ces dernières années a finalement porté ses fruits."
Cette technologie est actuellement la seule au monde à pouvoir être utilisée pour produire des structures tridimensionnelles complexes avec des caractéristiques individuelles inférieures à 10 nanomètres au cours d'une procédure contrôlée en une seule étape sur presque toutes les surfaces. À titre de comparaison, les plus petits virus mesurent environ 20 nanomètres.
"Le plus grand défi de ces dernières années était de transférer les architectures 3D dans des matériaux de haute pureté sans détruire la morphologie", explique Plank. "Ce saut de développement permet de nouveaux effets optiques et concepts d'application grâce à l'aspect 3D." Les nanosondes ou les pinces optiques d'une taille de l'ordre du nanomètre sont désormais à portée de main.
Les chercheurs utilisent le dépôt induit par faisceau d’électrons focalisé pour produire les nanostructures. La surface concernée est exposée à des gaz spéciaux sous vide. Un faisceau d'électrons finement focalisé divise les molécules de gaz, après quoi certaines parties d'entre elles se transforment en un état solide et adhèrent à l'emplacement souhaité.
"En contrôlant avec précision les mouvements du faisceau et les temps d'exposition, nous sommes en mesure de produire des nanostructures complexes avec des éléments constitutifs en forme de treillis ou de feuille en une seule étape", explique Plank. En empilant ces nano-volumes les uns sur les autres, des structures tridimensionnelles peuvent finalement être construites.
Plus d'informations : Verena Reisecker et al, Réglage spectral de l'activité plasmonique dans les nanostructures 3D via la nano-impression de haute précision, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202310110
Informations sur le journal : Matériaux fonctionnels avancés
Fourni par l'Université de technologie de Graz
