Nel tentativo di sfruttare proprietà uniche su scala nanometrica, gli scienziati dello Stevens Institute of Technology hanno sviluppato una nuova tecnica per creare array uniformi di nanostrutture metalliche. Un team di docenti e studenti del Dipartimento di Fisica e Ingegneria Fisica, guidato dal dottor Stefan Strauf, metodi appropriati dalla litografia olografica per dimostrare un nuovo approccio per aumentare la fabbricazione di array di nanogap plasmonici riducendo contemporaneamente i costi e le infrastrutture. Un articolo sulla tecnica è apparso di recente in Nano lettere 11, 2715 (2011).
"Il prof. Strauf sta conducendo ricerche all'avanguardia della fisica, "dice il dottor Rainer Martini, Direttore del Dipartimento di Fisica e Fisica dell'Ingegneria. "Il suo laboratorio sta producendo scoperte di ricerca con un impatto ben oltre il suo campo, oltre a fornire eccellenti opportunità di apprendimento e pubblicazione per studenti laureati e universitari".
Gli array di nanogap plasmonici sono essenzialmente nanostrutture metalliche posizionate in modo uniforme che presentano un minuscolo traferro tra i vicini. Creando campi elettrici fortemente confinati sotto illuminazione ottica, questi minuscoli vuoti d'aria consentono agli scienziati di utilizzare gli array in una varietà di applicazioni, in particolare nella miniaturizzazione di circuiti fotonici e nel rilevamento ultrasensibile. Tali sensori potrebbero essere utilizzati per rilevare la presenza di specifiche proteine o sostanze chimiche fino al livello delle singole molecole, o impiegato in microscopia ad alta risoluzione. circuiti nanofotonici, in grado di trasmettere enormi quantità di informazioni, sono considerati cruciali per determinare l'era dell'elaborazione exaflop e una nuova generazione di potenza di calcolo.
Le tecniche di fabbricazione consolidate per gli array nanogap si sono concentrate su metodi seriali, che richiedono tempo, avere un basso rendimento, e di conseguenza sono costosi. litografia olografica (HL), un approccio ottico che sfrutta i modelli di interferenza dei raggi laser per creare modelli periodici, era stato precedentemente dimostrato di creare caratteristiche di lunghezza d'onda sub. Il team del Dr. Strauf ha avanzato la metodologia HL utilizzando l'interferenza a quattro raggi e il concetto di un reticolo composto per creare forme di motivi gemelli sintonizzabili in un modello polimerico, con conseguente traferro metallico fino a 7 nm, settanta volte più piccole delle lunghezze d'onda della luce laser blu utilizzata per scrivere le caratteristiche.
Gli scienziati di Stevens hanno esteso l'utilità di HL per creare lacune con risultati paragonabili alle laboriose tecniche di fabbricazione in serie come la litografia a fascio di elettroni o la fresatura a fascio ionico focalizzato. Oltre ad essere un metodo di produzione più semplice ed economico, la loro tecnica non richiede una camera bianca e attualmente raggiunge il 90% di uniformità nel modello dell'array. Perciò, queste innovazioni forniscono le basi per realizzare prodotti di alta qualità, array su larga scala a una velocità maggiore e a un costo inferiore rispetto a quanto precedentemente realizzabile.
"Questo progetto di ricerca mi ha fornito l'opportunità di diventare un esperto della tecnica HL, "dice Xi Zhang, il primo autore dell'articolo Nano Letters e un dottorando. Xi e i suoi compagni stanno ora misurando gli effetti di scattering Raman potenziato in superficie (SERS) che risultano da questi array e continuano a migliorare l'uniformità degli array durante la fabbricazione. "Abbiamo appena ottenuto ottimi risultati dal primo esperimento SERS, e certamente ci sono più documenti da seguire, " lei dice.
Il Dr. Strauf è Direttore del Laboratorio NanoFotonico (NPL) a Stevens, dove supervisiona la ricerca all'avanguardia nei campi della nanofotonica a stato solido e della nanoelettronica. La ricerca in laboratorio include lo sviluppo di metodi di fabbricazione per materiali su nanoscala e applicazioni di dispositivi quantistici. Recenti progetti di NPL hanno portato a documenti pubblicati su punti quantici e grafene. Il laboratorio ha ricevuto finanziamenti per il progetto dall'Ufficio per la ricerca scientifica dell'aeronautica e due sovvenzioni per la strumentazione della National Science Foundation. Il Dr. Strauf è anche il destinatario del prestigioso NSF CAREER Award.
