Há cerca de 20 anos, é possível modificar superfícies por meio de nanopartículas para que concentrem ou manipulem a luz da maneira desejada ou desencadeiem outras reações. Tais nanoestruturas opticamente ativas podem ser encontradas em células solares e sensores biológicos ou químicos, por exemplo.



A fim de expandir a gama de aplicações para essas nanoestruturas, pesquisadores do Instituto de Microscopia Eletrônica e Nanoanálise (Universidade de Tecnologia de Graz) e do Centro de Microscopia Eletrônica de Graz (ZFE) vêm trabalhando há mais de uma década na fabricação não apenas de materiais planos nanoestruturas, mas em particular arquiteturas 3D complexas e independentes.

A equipe liderada por Harald Plank, Verena Reisecker e David Kuhness alcançou dois avanços. Agora é possível simular com precisão as formas e tamanhos necessários das nanoestruturas com antecedência para alcançar as propriedades ópticas desejadas, que podem então ser produzidas com precisão. A equipe também conseguiu remover completamente as impurezas químicas incorporadas durante a produção inicial sem impactar negativamente as nanoarquiteturas 3D.

As descobertas foram publicadas na revista Advanced Functional Materials .

O procedimento de tentativa e erro torna-se desnecessário

Até agora, as nanoestruturas 3D exigiam um processo demorado de tentativa e erro até que o produto revelasse as propriedades ópticas desejadas. Esta dificuldade foi finalmente eliminada. “A consistência entre simulações e ressonâncias plasmônicas reais de uma ampla gama de nanoarquiteturas é muito alta”, explica Plank. "Este é um enorme passo em frente. O trabalho árduo dos últimos anos finalmente valeu a pena."

A tecnologia é atualmente a única no mundo que pode ser usada para produzir estruturas tridimensionais complexas com características individuais menores que 10 nanômetros em um procedimento controlado e de etapa única em quase qualquer superfície. Para efeito de comparação, os menores vírus têm cerca de 20 nanômetros de tamanho.

“O maior desafio nos últimos anos foi transferir as arquiteturas 3D para materiais de alta pureza sem destruir a morfologia”, explica Plank. "Este salto de desenvolvimento permite novos efeitos ópticos e conceitos de aplicação graças ao aspecto 3D." Nanossondas ou pinças ópticas com tamanhos na faixa nanométrica estão agora ao nosso alcance.

Feixe de elétrons controlado com precisão

Os pesquisadores usam a deposição induzida por feixe de elétrons focado para produzir as nanoestruturas. A superfície relevante é exposta a gases especiais sob condições de vácuo. Um feixe de elétrons finamente focado divide as moléculas do gás, e então partes delas passam para o estado sólido e aderem ao local desejado.

“Ao controlar com precisão os movimentos do feixe e os tempos de exposição, somos capazes de produzir nanoestruturas complexas com blocos de construção semelhantes a treliças ou folhas em uma única etapa”, explica Plank. Ao empilhar esses nanovolumes uns sobre os outros, estruturas tridimensionais podem ser construídas.

Mais informações: Verena Reisecker et al, Ajuste Espectral da Atividade Plasmônica em Nanoestruturas 3D via Nano-Impressão de Alta Precisão, Materiais Funcionais Avançados (2023). DOI:10.1002/adfm.202310110
Informações do diário: Materiais Funcionais Avançados

Fornecido pela Universidade de Tecnologia de Graz