Un gruppo internazionale di ricercatori dell'Università del Minnesota, L'Argonne National Laboratory e la Seoul National University hanno scoperto una tecnica innovativa nella produzione di nanostrutture che ha il potenziale per rendere i dispositivi elettrici e ottici più piccoli e migliori che mai. Un sorprendente strumento low-tech del nastro Scotch Magic ha finito per essere una delle chiavi della scoperta.

La ricerca è pubblicata oggi in Comunicazioni sulla natura , una rivista di ricerca online internazionale.

Combinando diverse tecniche di nanofabbricazione standard, con l'aggiunta finale del nastro Scotch Magic, i ricercatori dell'Università del Minnesota hanno creato spazi estremamente sottili attraverso uno strato di metallo e hanno modellato questi piccoli spazi sull'intera superficie di un wafer di silicio da quattro pollici. Gli spazi più piccoli erano larghi solo un nanometro, molto più piccolo di quanto la maggior parte dei ricercatori sia stata in grado di ottenere. Inoltre, le larghezze degli spazi vuoti potrebbero essere controllate a livello atomico. Questo lavoro fornisce la base per la produzione di nanostrutture nuove e migliori che sono al centro di dispositivi elettronici e ottici avanzati.

Uno dei potenziali usi delle lacune su scala nanometrica negli strati metallici è quello di spremere la luce in spazi molto più piccoli di quanto sarebbe altrimenti possibile. Collaboratori presso la Seoul National University, guidato dal Prof. Dai-Sik Kim, e Laboratorio Nazionale Argonne, guidato dal dottor Matthew Pelton, ha mostrato che la luce poteva essere facilmente spremuta attraverso queste lacune, anche se le lacune sono centinaia o addirittura migliaia di volte inferiori alla lunghezza d'onda della luce utilizzata. I ricercatori sono molto interessati a forzare la luce in piccoli spazi perché questo è un modo per aumentare l'intensità della luce. I collaboratori hanno scoperto che l'intensità all'interno degli spazi è aumentata di ben 600 milioni di volte.

"La nostra tecnologia, chiamata litografia a strati atomici, ha il potenziale per creare sensori ultra-piccoli con una maggiore sensibilità e anche per consentire nuovi ed entusiasmanti esperimenti su scala nanometrica come non siamo mai stati in grado di fare prima, " ha detto Sang-Hyun Oh, uno dei principali ricercatori dello studio e professore di ingegneria elettrica e informatica presso il College of Science and Engineering dell'Università del Minnesota. "Questa ricerca fornisce anche la base per studi futuri per migliorare i dispositivi elettronici e fotonici".

Uno dei risultati più sorprendenti della ricerca è che il nastro Scotch Magic è stata una delle chiavi della scoperta. Incidere spazi di un nanometro nei metalli non è fattibile con gli strumenti esistenti. Anziché, i ricercatori del team di Oh hanno costruito i nano-gap stratificando film sottili su scala atomica sui lati dei modelli metallici e quindi ricoprendo la struttura con un altro strato di metallo. Non erano necessari costosi strumenti di modellazione per formare gli spazi vuoti in questo modo, ma è stato difficile rimuovere i metalli in eccesso sulla parte superiore ed esporre i piccoli spazi vuoti. Durante una frustrante lotta nel tentativo di trovare un modo per rimuovere le pellicole metalliche, Ph.D. dell'Università del Minnesota studente e autore principale dello studio Xiaoshu Chen ha scoperto che utilizzando un semplice nastro Scotch Magic, i metalli in eccesso potrebbero essere facilmente rimossi.

"Lo scotch funziona bene, che era inaspettato, " ha detto Oh. "La nostra tecnica è così semplice ma può creare spazi uniformi e ultra-piccoli come non siamo mai stati in grado di fare prima. Speriamo che venga rapidamente ripreso da molti ricercatori".