La forme, la taille et les propriétés optiques des nanostructures tridimensionnelles peuvent désormais être simulées à l’avance avant leur production directe avec une grande précision sur une grande variété de surfaces. Les nanosondes ou les pinces optiques d’une taille de l’ordre du nanomètre sont désormais à portée de main.
Depuis une vingtaine d’années, il est possible de modifier des surfaces via des nanoparticules pour qu’elles concentrent ou manipulent la lumière de la manière souhaitée ou déclenchent d’autres réactions. De telles nanostructures optiquement actives se retrouvent par exemple dans les cellules solaires et les capteurs biologiques ou chimiques. Afin d’élargir leur gamme d’applications, les chercheurs de l’Institut de microscopie électronique et de nanoanalyse (Université technologique de Graz) et du Centre de microscopie électronique de Graz (ZFE) travaillent depuis plus d’une décennie à la fabrication non seulement de nanostructures plates, mais aussi en particulier les architectures 3D complexes et autonomes.
L’équipe dirigée par Harald Plank, Verena Reisecker et David Kuhness a réalisé deux percées. Il est désormais possible de simuler précisément à l’avance les formes et les tailles requises des nanostructures pour obtenir les propriétés optiques souhaitées, qui peuvent ensuite être produites avec précision. Ils ont également réussi à éliminer complètement les impuretés chimiques incorporées lors de la production initiale sans impact négatif sur les nanoarchitectures 3D.
La procédure d’essais et d’erreurs devient inutile
Jusqu’à présent, les nanostructures tridimensionnelles nécessitaient un long processus d’essais et d’erreurs jusqu’à ce que le produit révèle les propriétés optiques souhaitées. Cet effort a finalement été éliminé. “La cohérence entre les simulations et les résonances plasmoniques réelles d’un large éventail de nanoarchitectures est très élevée”, explique Harald Plank. “C’est un grand pas en avant. Le travail acharné de ces dernières années a finalement porté ses fruits.” Cette technologie est actuellement la seule au monde à pouvoir être utilisée pour produire des structures tridimensionnelles complexes avec des caractéristiques individuelles inférieures à 10 nanomètres au cours d’une procédure contrôlée en une seule étape sur presque toutes les surfaces. À titre de comparaison, les plus petits virus mesurent environ 20 nanomètres. “Le plus grand défi de ces dernières années était de transférer les architectures 3D dans des matériaux de haute pureté sans détruire la morphologie”, explique Harald Plank. “Ce saut de développement permet de nouveaux effets optiques et concepts d’application grâce à l’aspect 3D.” Les nanosondes ou les pinces optiques d’une taille de l’ordre du nanomètre sont désormais à portée de main.
Faisceau d’électrons contrôlé avec précision
Les chercheurs utilisent le dépôt induit par faisceau d’électrons focalisé pour produire les nanostructures. La surface concernée est exposée à des gaz spéciaux sous vide. Un faisceau d’électrons finement focalisé divise les molécules de gaz, après quoi certaines parties d’entre elles se transforment en un état solide et adhèrent à l’emplacement souhaité. “En contrôlant avec précision les mouvements du faisceau et les temps d’exposition, nous sommes en mesure de produire des nanostructures complexes avec des éléments constitutifs en forme de treillis ou de feuilles en une seule étape”, explique Harald Plank. En empilant ces nanovolumes les uns sur les autres, des structures tridimensionnelles peuvent finalement être construites.
2024-01-18 05:27:45
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