Scienziati dell'Università Federale dell'Estremo Oriente (FEFU) in collaborazione con i colleghi della Filiale dell'Estremo Oriente dell'Accademia Russa delle Scienze (FEB RAS), ITMO University e Swinburne University of Technology (Australia), hanno sviluppato un metodo per la produzione di massa efficiente di nanoantenne completamente in lega di silicio-germanio. La tecnologia ha potenziali applicazioni in piattaforme biosensoriali ottiche e sensori chimici di nuova generazione per il tracciamento rapido e accurato dei virus, inquinamenti, esplosivi, ecc. a basse concentrazioni. Lo studio è pubblicato su Nanoscala .

Per fabbricare nanoantenne ottiche completamente dielettriche (AD), gli scienziati hanno proposto una tecnologia semplice basata su una deumidificazione assistita dalla temperatura di substrati commerciali silicio su isolante (SOI) a 800 gradi C in alto vuoto. Tale trattamento di un substrato SOI porta alla formazione di nanogocce di silicio, che possono essere utilizzate come nanoantenne ottiche, amplificando i segnali provenienti da varie molecole adsorbite. La deposizione di Ge nel processo di dewetting SOI produce nanoparticelle legate con proprietà uniche. Tali nanoantenne consentono agli scienziati di identificare le molecole adsorbite e di accedere e controllare la temperatura locale con elevata precisione e risoluzione nel processo di misurazione.

"È molto utile conoscere la temperatura locale, perché nel processo di misurazione, sia le nanoantenne che le molecole di analita adsorbite sono esposte ad un'intensa radiazione laser che ne provoca il riscaldamento. Allo stesso tempo, la maggior parte delle molecole organiche si degrada a temperature piuttosto basse intorno ai 130-170 gradi C, cioè nel processo di misurazione, si può semplicemente bruciarli prima di ricevere un segnale utile. Tale utile modalità di feedback della temperatura non può essere realizzata con nanoantenne plasmoniche comunemente utilizzate per progettare biosensori. Le nanoantenne completamente dielettriche forniscono un modo affidabile per ottenere questa caratteristica, poiché lo spettro delle caratteristiche misurate delle molecole di analita contiene già tutte le informazioni necessarie per determinare la temperatura locale del sistema nanoantenna-molecola, " disse Aleksandr Kuchmizhak, un ricercatore nel Centro FEFU per la realtà virtuale e aumentata.

"Controllando la concentrazione di germanio nelle nanoparticelle di silicio in lega, si possono personalizzare le loro proprietà; in particolare, controllare le loro caratteristiche ottiche risonanti, così come l'efficienza di conversione luce-calore. Questo è molto utile per lo studio di vari processi chimici e reazioni indotte dalla radiazione laser, " disse Evgeny Mitsai, un ricercatore presso l'Istituto dei processi di automazione e controllo e l'Istituto di chimica, FEBBRAIO RAS.

Lo scienziato ha sottolineato che utilizzando nanoantenne completamente dielettriche, gli scienziati possono studiare in dettaglio gli effetti mediati dalla temperatura nelle reazioni chimiche indotte dal laser ad alta risoluzione temporale. Inoltre, le nanoantenne completamente dielettriche rimangono chimicamente non invasive.

Fino ad oggi, la produzione di massa di nanoantenne completamente dielettriche era difficile. La litografia a fascio di elettroni comunemente usata era troppo costosa e dispendiosa in termini di tempo. La tecnologia proposta dagli scienziati della FEFU in collaborazione con i loro colleghi della FEB RAS, Università ITMO, università dell'Australia e della Tunisia, permette di superare questa limitazione.