Da circa 20 anni è possibile modificare le superfici tramite nanoparticelle in modo che concentrino o manipolino la luce nel modo desiderato o scatenino altre reazioni. Tali nanostrutture otticamente attive si trovano, ad esempio, nelle celle solari e nei sensori biologici o chimici.
Per ampliare il campo di applicazione di queste nanostrutture, i ricercatori dell’Istituto di microscopia elettronica e nanoanalisi (Università tecnologica di Graz) e del Centro di microscopia elettronica di Graz (ZFE) lavorano da oltre un decennio alla produzione non solo di superfici piatte nanostrutture, ma in particolare architetture 3D complesse e indipendenti.
Il team guidato da Harald Plank, Verena Reisecker e David Kuhness ha ottenuto due risultati. Ora è possibile simulare in anticipo con precisione le forme e le dimensioni richieste delle nanostrutture per ottenere le proprietà ottiche desiderate, che possono poi essere prodotte con precisione. Il team è inoltre riuscito a rimuovere completamente le impurità chimiche incorporate durante la produzione iniziale senza influire negativamente sulle nanoarchitetture 3D.
I risultati sono pubblicati sulla rivista Advanced Functional Materials .
Fino ad ora, le nanostrutture 3D richiedevano un lungo processo di tentativi ed errori finché il prodotto non rivelava le proprietà ottiche desiderate. Questa difficoltà è stata finalmente eliminata. "La coerenza tra le simulazioni e le risonanze plasmoniche reali di un'ampia gamma di nanoarchitetture è molto elevata", spiega Plank. "Questo è un enorme passo avanti. Il duro lavoro degli ultimi anni ha finalmente dato i suoi frutti."
La tecnologia è attualmente l'unica al mondo che può essere utilizzata per produrre strutture tridimensionali complesse con caratteristiche individuali inferiori a 10 nanometri in una procedura controllata in un unico passaggio su quasi tutte le superfici. Per fare un confronto, i virus più piccoli misurano circa 20 nanometri.
"La sfida più grande degli ultimi anni è stata quella di trasferire le architetture 3D in materiali di elevata purezza senza distruggerne la morfologia", spiega Plank. "Questo salto di sviluppo consente nuovi effetti ottici e concetti applicativi grazie all'aspetto 3D." Nanosonde o pinzette ottiche con dimensioni nell'ordine dei nanometri sono ora a portata di mano.
I ricercatori utilizzano la deposizione indotta da fasci di elettroni focalizzati per produrre le nanostrutture. La superficie interessata è esposta a gas speciali in condizioni di vuoto. Un fascio di elettroni finemente focalizzato divide le molecole di gas, dopodiché alcune parti di esse passano allo stato solido e aderiscono alla posizione desiderata.
"Controllando con precisione i movimenti del raggio e i tempi di esposizione, siamo in grado di produrre nanostrutture complesse con elementi costitutivi simili a reticoli o fogli in un unico passaggio", spiega Plank. Impilando questi nanovolumi uno sopra l'altro, è possibile infine costruire strutture tridimensionali.
Ulteriori informazioni: Verena Reisecker et al, Regolazione spettrale dell'attività plasmonica nelle nanostrutture 3D tramite nanostampa ad alta precisione, Materiali funzionali avanzati (2023). DOI:10.1002/adfm.202310110
Informazioni sul giornale: Materiali funzionali avanzati
Fornito dal Politecnico di Graz
