Feixes de elétrons focados podem simultaneamente sintetizar nanocristais opticamente ativos e padronizá-los em matrizes de superfície intrincadas

Uma equipe A * STAR montou pontos quânticos de sulfeto de zinco (ZnS) em grades em nanoescala e matrizes de discos semelhantes a lentes realizando litografia de feixe de elétrons em um filme fino multiuso. As propriedades fotoluminescentes desses padrões podem torná-los componentes úteis em aplicações como biossensores e células solares.

Embora as nanopartículas de ZnS individuais tenham propriedades ópticas intrigantes, devido aos efeitos do acoplamento quântico, suas capacidades de emissão de luz tornam-se mais potentes quando posicionadas em conjuntos ordenados. Em vez de abordagens convencionais de baixo para cima que usam produtos químicos úmidos para gerar conjuntos de nanopartículas em chips de silício, muitos pesquisadores agora abordam esse problema de cima para baixo, usando litografia em nanoescala para remover material indesejado e escrever pontos quânticos diretamente nas superfícies.

O entalhe de formas em superfícies de semicondutores menores que 10 nanômetros é uma especialidade de M. S. M. Saifullah do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais A * STAR, e colegas. Eles direcionam feixes de elétrons de alta potência para filmes finos especiais chamados de 'resiste'. As áreas da resistência expostas aos feixes focalizados passam por mudanças químicas que permitem que pequenos recursos permaneçam no lugar enquanto o filme circundante é lavado pelos solventes.

Na maioria das técnicas de litografia por feixe de elétrons, a resistência padronizada é transferida para outro substrato e uma etapa de gravação química gera as formas finais em nanoescala. Saifullah e a equipe, Contudo, tinha uma estratégia diferente. "Desenvolvemos uma resistência que pode se decompor e formar um sulfeto de metal logo abaixo do feixe de elétrons, "ele observa." Este foi um desafio porque a maioria das resistências não tem essas funcionalidades. "

A equipe encontrou um composto chamado butilxantato de zinco que pode atender às suas necessidades. Nesta molécula, átomos de zinco e enxofre estão conectados a grupos orgânicos de cadeia longa que podem ser potencialmente separados usando a energia de um feixe de elétrons. Experimentos com o novo resist provaram a eficiência desse processo de conversão:aumentando gradualmente a exposição do feixe de elétrons, o filme inicial foi transformado em nanocristais de ZnS com uma taxa de conversão de quase 100 por cento

Os pesquisadores liderados pelo A * STAR exploraram as propriedades da resistência do butilxantato de zinco para produzir linhas de nanocristais de ZnS com diâmetros tão finos quanto 6 nanômetros. Então, após caracterizar as estruturas com microscopia eletrônica, eles fizeram outra descoberta fortuita - os nanopadrões emitiram luz fotoluminescente brilhante quando expostos à radiação ultravioleta. Os estados de defeito nas superfícies nanocristais foram identificados como a causa do novo comportamento óptico.

"O bom dos nanocristais de ZnS fotoluminescentes é que eles podem ser organizados em praticamente qualquer formato, "diz Saifullah." No futuro, gostaríamos de combinar essas nanoestruturas com plasmonics. "