Декоративная лепка – технология производства, уходящая своими корнями еще в Бронзовый век, нашла сегодня широкое применение в различных методах нанопроизводства, в частности, в производстве высокоплотных оптических и магнитных носителей данных, органических светодиодов, полимерных фотогальванических ячеек, и полевых транзисторов.

Основная идея декоративной лепки состоит в предании заранее заданной формы гибкому сырью типа пластмассы, стекла или металла. Будет ли это макро- или наномасштаб, большинство методов декоративной лепки ограничены, в копировании образцов, идентичных оригиналу. Для копирования различных структур, нужны различные эталоны.

Ученые создали новую платформу всевозможной лепки, которая может генерировать с использованием лишь одного эталона нанообразцы с программируемыми плотностью, степенью заполнения, и решеточными симметриями. Ученые назвали эту технику вспомогательной наномасштабной чеканкой или ВНЧ (solvent-assisted nanoscale embossing, SANE).

ВНЧ открывает новый путь в создании почти любого образца с определенными и настраиваемыми свойствами: размерами, геометрией решетки под управлением единственного эталона«- говорит Тери В. Одом, профессор кафедры химии, материаловедения и проектирования из Северо-западного Университета. "С новым методом мы способны увеличить масштаб распределения отдельных составляющих образца в пространстве на 100 %, а также уменьшить их на 50 % за один рабочий этап. Кроме того, ВНЧ мог уменьшить критические характерные размеры на 45 % по сравнению с оригиналом, управляя масштабированием. Как плотность образца, так и степень наполнения могут непрерывно меняться по желанию.»

Рис. 1. Программируемая компьютерная литография может производить образцы с заданной плотностью, степенью наполнения, и симметриями решетки (картинка: Odom Group, Northwestern University).

Помимо их интереса исследования фундаментальных проблем нанопроизводства, команда выполняла эту работу, потому что она нуждались в способе получения наноструктур (по заказу), отделенных друг от друга определенными расстояниями.

Существенная часть нашей работы была сфокусирована на 1) плазмонике, области исследований, где свет управляется на наномасштабах и используется наноструктуры из благородного металла (например, золото или серебро)« – говорит Одом. "Этот знаменательный прорыв в этой области должен позволить создавать металлические наноструктуры, которые являются близко расположенными друг к другу, и чье разделение может динамически управляться. Если наноструктуры близки, их связь будет сильна, тогда они образуют электромагнитные "горячие точки», и смогут заманить в ловушку отдельные молекулы; 2) отрицательном показателе преломления света видимого диапазона для оптических метаматериалов; и на 3) плазмонических наноструктурах, которые могут замедлить свет в чипе."

Команда скомбинировала термопластическую подложку с их новым методом ВНЧ и смогла теперь нагреть материал, чтобы сократить интервал между образцами. Время нагрева управляло расстоянием сближения между образцами. Они могли также деформировать подложку, чтобы увеличить интервал между смежными образцами. Это комбинированное нагревание и растяжение подложки – первый шаг к динамическому управлению плазмоническими свойствами наноструктур.

Метод предлагает беспрецедентные возможности управлять электронными, фотонными и магнитными свойствами наноматериалов. Здесь также легко управлять размерами образца и симметрией, что может использоваться, для производства миллиона копий образца и их распределения по большой области подложки. Потенциальные области применения – создание устройств, которые используют в своих структурах образцы наномасштаба, например, солнечные ячейки, мониторы высокого разрешения, компьютеров и химических и биологических датчиков.

Рис. 2. ВНЧ-образцы на сокращенной подложке (картинка: Odom Group, Northwestern University).

Мы полагаем, что наш программируемый метод нанолитографии сделает большой шаг вперед в технологиях нанопроизводства« – говорит Одом. "Поскольку мы можем независимо управлять размерами, геометрией образца, и пространственным распределением копий, мы можем создать почти точный нанообразец, идентичный единственному эталону… Мы ожидаем, что ценность метода с течением времени будет только расти и он станет важным для новых нанометодов и сделает доступными новые технологии.»

Кроме того, ВНЧ представляет новую парадигму для использования новых возможностей нанопроизводства в рамках любой лаборатории, потому что все используемые материалы недороги, и процедуры могут быть выполнены на установке.

Одом считает, что стоимость как всегда главный фактор, особенно когда это касается коммерциализации новых методов, и у имеющихся методов параллельного нанопроизводства, она уменьшится до стоимости методов, базируемых на ВНЧ.

Идя вперед, исследователи хотят расширить возможности ВНЧ и термопластических подложек для создания образцов с 10-нанометровым разделением и так же cпроектировать спираль, непериодические, и нерегулярно разделенные образцы.

Структурное управление на уровне 10 нанометров по областям на масштабах всей подложки – было бы важным достижением и нашло широкое применение в нанопроизводстве" – говорит Одом.

Статья переведена и отредактирована Филипповым Ю.П. по материалам