p Padrões ordenados de nanopartículas de ouro em uma base de silício podem ser estimulados para produzir ondas de elétrons coletivas conhecidas como plasmons que absorvem apenas certas bandas estreitas de luz, tornando-os promissores para uma ampla gama de matrizes e tecnologias de exibição na medicina, indústria, e ciência. p Centro de Processamento de Materiais (MPC) - Centro de Ciência e Engenharia de Materiais (CMSE) O bolsista de verão Justin Cheng trabalhou neste verão no professor de engenharia elétrica do MIT Karl K. Berggren no Grupo de Nanoestruturas Quânticas e Nanofabricação para desenvolver técnicas especializadas para formar esses padrões em ouro sobre silício . "Idealmente, gostaríamos de conseguir que as matrizes de nanopartículas de ouro fossem completamente ordenadas, "diz Cheng, um graduando em ascensão na Rutgers University.

p "Meu trabalho trata dos fundamentos de como escrever um padrão usando litografia de feixe de elétrons, como depositar o ouro, e como aquecer o substrato para que possamos obter matrizes de partículas completamente regulares, "Cheng explica.

p No Laboratório de Nanoestruturas do MIT, Cheng escreveu um código para produzir um padrão que guiará a redução do endurecimento de uma fina película de ouro em nanopartículas, examinou grades parcialmente ordenadas com um microscópio eletrônico, e trabalhou em uma sala limpa para desenvolver uma máscara de polímero, gire o revestimento da resistência nas amostras, e o plasma limpa as amostras. Ele faz parte de uma equipe que inclui a estudante Sarah Goodman e o associado de pós-doutorado Mostafa Bedewy. Ele também foi auxiliado pelo gerente do NanoStructures Lab, James Daley.

p "Plasmons são oscilações coletivas da densidade de elétrons livres na superfície de um material, e dão às nanoestruturas de metal propriedades incríveis que são muito úteis em aplicações como detecção, óptica e vários dispositivos, "Goodman explicou em uma apresentação para Summer Scholars em junho." Matrizes plasmônicas são muito boas para exibições visíveis, por exemplo, porque sua cor pode ser ajustada com base no tamanho e na geometria. "

p Este processo de fabricação de várias etapas começa com hidrogênio silsesquioxano de revestimento giratório (HSQ), que é uma resistência especial de feixe de elétrons, ou máscara, em um substrato de silício. Cheng trabalhou em um software usado para escrever um padrão na resistência por meio de litografia de feixe de elétrons. Ao contrário de alguns resiste, HSQ se torna mais resistente quimicamente à medida que você o expõe a feixes de elétrons, ele diz. Todo o substrato tem cerca de 1 centímetro por 1 centímetro, ele observa, e a área de gravação tem cerca de 100 mícrons (ou 0,0001 centímetro) de largura.

p Após a etapa de litografia por feixe de elétrons, a máscara é colocada em uma solução reveladora aquosa (à base de água) de hidróxido de sódio e cloreto de sódio, o que deixa para trás uma série ordenada de postes no topo da camada de silício. "Quando colocamos a amostra na solução do desenvolvedor, todas as áreas menos resistentes quimicamente da máscara HSQ saem, e apenas as postagens permanecem, "Cheng diz. Então, Daley deposita uma camada de ouro no topo dos postes com deposição física de vapor. Próximo, a amostra é tratada termicamente até que a camada de ouro se decomponha em gotículas que se automontam em nanopartículas guiadas pelos pinos.

p Redução de umidade em estado sólido

p Um fenômeno fundamental da ciência de materiais em ação nesta automontagem, Cheng diz, é conhecido como orvalho de estado sólido. "A automontagem é um processo em que você aplica certas condições a um material que permite que ele passe por uma transformação em uma grande área. Portanto, é uma técnica de padronização muito eficiente, "Goodman explica.

p Por causa da interação repulsiva entre as camadas de silício e ouro, o ouro tende a formar gotículas, que podem ser persuadidos em padrões ao redor dos postes. O grupo Berggren está trabalhando em colaboração com Carl V. Thompson, o Professor Stavros Salapatas de Ciência e Engenharia de Materiais e o diretor do Centro de Processamento de Materiais, que é um especialista em retração de estado sólido. Usando um microscópio eletrônico de varredura, Cheng examina esses padrões para determinar sua qualidade e consistência. "O ouro forma gotas naturalmente porque há uma força motriz para ele diminuir a área de superfície que compartilha com o silício. Não parece completamente ordenado, mas você pode ver começos de alguma ordem no orvalho, " ele diz, ao mostrar uma imagem SEM em um computador. "[Em] outras fotos você pode ver claramente o início da padronização."

p “Quando pegamos os postes e os tornamos mais próximos, você pode ver que o ouro gosta de se condensar em padrões um tanto regulares. Eles não são completamente regulares em todos os casos, mas para certos tamanhos e espaçamentos de postes, começamos a ver matrizes regulares. Nosso objetivo é fabricar com sucesso uma matriz plasmônica de nanopartículas de ouro monodispersas [de tamanho igual], "Diz Cheng.

p Goodman observa que o grupo de Thompson demonstrou controle requintado sobre o orvalho em filmes monocristalinos em escala de mícron, mas o grupo Berggren espera estender esse controle até a nanoescala. "Este será um resultado realmente importante se formos capazes de trazer essa redução de temperatura perfeitamente controlada em microescala e habilitá-la em nanoescala, "Goodman diz.

p Cheng disse que durante seu estágio de verão no laboratório de Berggren, ele aprendeu a operar o microscópio eletrônico de varredura e aprendeu sobre os processos de nanofabricação. "Aprendi muito. Além do trabalho de laboratório que estou fazendo, Tenho feito scripts para o programa CAD [LayoutEditor] que uso, e tenho usado Matlab, também, ", diz ele." Na verdade, aprendi muito sobre análise de imagens porque há uma série de etapas que entram na análise de imagens. Como temos tantos dados e tantas imagens para analisar, Estou fazendo isso de forma quantitativa e automática para garantir que haja repetibilidade. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.