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  • Scrivere con il raggio di elettroni, ora in argento

    Le micrografie elettroniche a scansione mostrano una deposizione planare di 10 micron. I cristalli d'argento costituenti hanno una dimensione di circa 100 nanometri. Credito:HZB/ Materiali e interfacce applicati ACS (2017)

    Quando si tratta di estremamente fine, caratteristiche precise, un microscopio elettronico a scansione (SEM) non ha rivali. Un fascio di elettroni focalizzato può depositare direttamente elementi complessi su un substrato in un unico passaggio (deposizione indotta da fascio di elettroni, EBID). Sebbene questa sia una tecnica consolidata per l'oro, platino, rame e altri metalli, la scrittura diretta del raggio di elettroni dell'argento è rimasta elusiva. Ancora, il metallo nobile argento promette applicazioni potenziali particolarmente interessanti in nano-ottica nella tecnologia dell'informazione. Per la prima volta un team dell'HZB e dei Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali (EMPA) ha realizzato con successo la deposizione locale di nanocristalli d'argento da parte dell'EBID.

    I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista dell'American Chemical Society's Interfacce materiali applicati ACS .

    La chimica dei tipici composti d'argento è estremamente impegnativa. Sono difficili da evaporare e sono altamente reattivi. Durante il riscaldamento nell'unità di iniezione, tendono a reagire chimicamente con le pareti del serbatoio. Lungo il loro percorso dal serbatoio alla punta dell'ago, questi composti si congelano nuovamente al minimo abbassamento di temperatura e ostruiscono il tubo. "Ci è voluto molto tempo e fatica per progettare una nuova unità di iniezione e trovare un composto d'argento adatto", spiega il fisico HZB Dr. Katja Höflich, che ha condotto gli esperimenti come parte di una borsa di studio postdottorale Helmholtz presso l'EMPA. "Finalmente, ci siamo riusciti. Il composto d'argento dimetilbutirrato rimane stabile e si dissocia solo nel fuoco del fascio di elettroni." Höflich e i suoi colleghi hanno usato per la prima volta il metodo EBID per creare aree ben definite di minuscoli nanocristalli d'argento.

    Scrivere con il fascio di elettroni

    Il principio funziona come segue:piccole quantità di una sostanza precursore - tipicamente un composto metallo-organico - vengono iniettate nella camera a vuoto del SEM vicino alla superficie del campione utilizzando un ago. Nel punto in cui il fascio di elettroni colpisce la superficie del campione, le molecole precursori si dissociano e i loro costituenti non volatili si depositano sul posto. Il fascio di elettroni può muoversi come una penna sul substrato per creare le caratteristiche desiderate. Per molte sostanze precursori questo funziona anche in tre dimensioni.

    Il cristallo d'argento si presenta come i cosiddetti punti caldi di estrema luminosità sotto l'illuminazione laser. L'analisi spettrale (spettroscopia Raman) mostra che ogni nanocristallo è circondato da una pelle di carbonio. Credito:HZB/ ACS Applied Materials &Interfaces (2017)

    Le nanostrutture d'argento fabbricate possiedono notevoli proprietà ottiche:la luce visibile può eccitare gli elettroni liberi nel metallo in oscillazioni chiamate plasmoni. I plasmoni sono accompagnati da un'illuminazione estrema. Informazioni sulla composizione delle superfici possono essere ottenute dal colore e dall'intensità di questa luce diffusa. Questo effetto può essere utilizzato nella spettroscopia Raman per rilevare l'impronta digitale di molecole specifiche che si legano alla superficie dell'argento, fino al livello di una singola molecola. Quindi, le nanostrutture d'argento sono buoni candidati come sensori per esplosivi o altri composti pericolosi.

    Ulteriori applicazioni sono possibili nella futura tecnologia dell'informazione:complesse nanostrutture d'argento possono costituire la base per l'elaborazione di informazioni puramente ottiche. Per realizzare questo, il processo deve essere perfezionato, tale che le caratteristiche complesse possono essere scritte direttamente come già possibile per altri composti precursori.


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