Las micrografías electrónicas de barrido muestran una deposición plana de 10 micrones. Los cristales de plata que los constituyen tienen un tamaño de aproximadamente 100 nanómetros. Crédito:HZB / Interfaces y materiales aplicados ACS (2017)
Cuando se trata de extremadamente fino, características precisas, un microscopio electrónico de barrido (SEM) no tiene rival. Un haz de electrones enfocado puede depositar directamente características complejas sobre un sustrato en un solo paso (Deposición inducida por haz de electrones, EBID). Si bien esta es una técnica establecida para el oro, platino, cobre y otros metales, la escritura directa de plata por haz de electrones seguía siendo esquiva. Todavía, el metal noble plata promete aplicaciones potenciales especialmente interesantes en nanoóptica en tecnología de la información. Por primera vez, un equipo de HZB y los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales (EMPA) ha realizado con éxito la deposición local de nanocristales de plata por EBID.
Los resultados se han publicado ahora en la revista de la American Chemical Society Interfaces de materiales aplicados ACS .
La química de los compuestos de plata típicos es extremadamente desafiante. Son difíciles de evaporar y muy reactivos. Durante el calentamiento en la unidad de inyección, tienden a reaccionar químicamente con las paredes del depósito. A lo largo de su camino desde el depósito hasta la punta de la aguja, estos compuestos vuelven a congelarse al menor descenso de temperatura y obstruyen el tubo. "Nos llevó mucho tiempo y esfuerzo diseñar una nueva unidad de inyección y encontrar un compuesto de plata adecuado", explica la física de HZB, la Dra. Katja Höflich, que llevó a cabo los experimentos como parte de una beca postdoctoral Helmholtz en EMPA. "Finalmente, lo logramos. El compuesto dimetilbutirato de plata permanece estable y se disocia solo en el foco del haz de electrones ”. Höflich y sus colegas utilizaron el método EBID para crear áreas claramente definidas de diminutos nanocristales de plata por primera vez.
Escribiendo con el haz de electrones
El principio funciona de la siguiente manera:se inyectan pequeñas cantidades de una sustancia precursora, generalmente un compuesto orgánico metálico, en la cámara de vacío del SEM cerca de la superficie de la muestra con una aguja. Donde el haz de electrones golpea la superficie de la muestra, las moléculas precursoras se disocian y sus constituyentes no volátiles se depositan en su lugar. El haz de electrones puede moverse como un bolígrafo sobre el sustrato para crear las características deseadas. Para muchas sustancias precursoras, esto funciona incluso en tres dimensiones.
El cristal plateado aparece como los llamados puntos calientes de brillo extremo bajo iluminación láser. El análisis espectral (espectroscopía Raman) muestra que cada nanocristal está rodeado por una capa de carbono. Crédito:Materiales e interfaces aplicados de HZB / ACS (2017)
Las nanoestructuras de plata fabricadas poseen propiedades ópticas notables:la luz visible puede excitar los electrones libres del metal en oscilaciones denominadas plasmones. Los plasmones van acompañados de una iluminación extrema. Se puede obtener información sobre la composición de las superficies a partir del color y la intensidad de esta luz dispersa. Este efecto se puede utilizar en la espectroscopia Raman para detectar la huella digital de moléculas específicas que se unen a la superficie de la plata, hasta el nivel de una sola molécula. Por eso, Las nanoestructuras de plata son buenas candidatas como sensores de explosivos u otros compuestos peligrosos.
Son concebibles otras aplicaciones en la tecnología de la información del futuro:las nanoestructuras de plata complejas pueden constituir la base para el procesamiento de información puramente óptico. Para darse cuenta de esto, el proceso tiene que ser refinado, de modo que las características complejas se pueden escribir directamente como ya es posible para otros compuestos precursores.
