Nanopartículas de ouro menores que 10 nanômetros se auto-organizam espontaneamente de maneiras totalmente novas quando presas dentro de modelos semelhantes a canais. Um novo estudo mostra que esse recurso pode facilitar a fabricação em nanoescala de biossensores e dispositivos plasmônicos com intrincados, estruturas de superfície de alta densidade.

Gerar padrões de superfície em escalas de 10 nanômetros e abaixo é difícil com a tecnologia atual. Uma equipe internacional, liderado por Joel Yang do Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais em Cingapura, está ajudando a contornar essa limitação usando uma técnica conhecida como 'automontagem dirigida de nanopartículas' (DSA-n).

Esta abordagem leva nanopartículas esféricas que se organizam espontaneamente em ordem, filmes bidimensionais quando inseridos em modelos definidos litograficamente. Os modelos impõem restrições geométricas que forçam os filmes a se organizar em padrões específicos em nanoescala.

A maioria dos padrões produzidos por DSA-n, Contudo, são arranjos periódicos simples. Para ampliar as capacidades desta técnica, os pesquisadores estão explorando as 'transições de estrutura' que ocorrem quando as restrições do modelo se tornam comparáveis ​​ao tamanho das nanopartículas. Nessas dimensões, as pequenas esferas podem se deslocar de posições periódicas típicas e reorientar em novas geometrias imprevisíveis.

Estudos anteriores usaram microscopia de vídeo em tempo real para capturar transições de estrutura em coloides em microescala, mas a imagem direta de partículas abaixo de 10 nanômetros é quase impossível. "Foi aí que tivemos a ideia de usar modelos baseados em canais com larguras gradualmente variadas, "diz o co-autor Mohamed Asbahi." Com este sistema, podemos rastrear a automontagem das nanopartículas de acordo com o espaço acessível a elas. "

Usando técnicas de litografia por feixe de elétrons, a equipe esculpiu uma série de trincheiras estreitas internas projetadas para acomodar de 1 a 3 fileiras de nanopartículas de ouro. Depois de depositar uma monocamada de partículas de 8 nanômetros no modelo, eles usaram microscopia eletrônica de varredura para identificar quaisquer padrões dependentes de largura emergentes. Entre as linhas ordenadas periodicamente, os pesquisadores viram evidências claras de zonas de estado de transição - regiões onde as pequenas esferas se dobram fora do alinhamento e gradualmente assumem novos, padrões de empacotamento triangular.

Depois de analisar os estados de transição com simulações computacionais de Monte Carlo, Yang e colegas de trabalho identificaram vários padrões recorrentes dominantes com diferentes geometrias de deposições típicas de DSA-n. Como as condições necessárias para gerar esses padrões podem ser previstas matematicamente, a equipe está confiante de que essas descobertas podem ter aplicações práticas de engenharia de superfície.

"O sucesso do DSA-n depende da precisão do posicionamento das partículas, "diz Yang." Ao explorar o rico conjunto de geometrias estruturais que existem entre estados ordenados, podemos projetar modelos que orientam as partículas em estruturas periódicas e não periódicas complexas. "