Dispositivos plasmónicos, como superlentes, hiperlentes y guías de ondas plasmónicas:tienen un gran potencial para la investigación y las aplicaciones comerciales porque permiten la litografía óptica, la formación de imágenes y el guiado de ondas se realizarán a resoluciones por debajo del límite de difracción de la luz. Estos dispositivos a menudo requieren películas metálicas ultrafinas de baja pérdida, que son difíciles de fabricar utilizando las técnicas de deposición actuales. Los investigadores han investigado procesos como la deposición de la capa de semillas y el recocido térmico para reducir la rugosidad de la superficie y la densidad del límite de grano de estas películas. Hasta la fecha, sin embargo, estos procesos no han tenido un gran éxito.

Ahora, Ee Jin Teo y colegas del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales, Singapur, la Universidad de Hyogo, Japón, y la Universidad Nacional de Singapur han utilizado el procesamiento de haz de iones de racimo de gas (GCIB) para suavizar las películas metálicas ultrafinas y mejorar así sus propiedades. Un GCIB consta de miles de moléculas de gas que están unidas débilmente por las fuerzas de van der Waals. Un rayo de este tipo puede suavizar las irregularidades de la superficie y reducir el espesor de la película con precisión nanométrica. Este procesamiento mejora significativamente la resonancia y la propagación del plasmón superficial, y permite la fabricación de películas ultrafinas con una resistividad eléctrica y una pérdida óptica extremadamente bajas.

A diferencia de los haces de iones monoméricos que se utilizan en el fresado convencional con haces de iones y el grabado con plasma, un grupo de moléculas de gas nitrógeno con una energía de 20 kiloelectrones voltios que incide en una película de plata puede producir una alta densidad de energía en un volumen relativamente pequeño:sin embargo, el grupo penetra a una profundidad de solo unos pocos nanómetros. El impacto del rayo en la película hace que los átomos de plata en los picos de la superficie se dispersen lateralmente hacia los valles, vacíos y límites de grano. Además de producir una superficie más lisa, este procesamiento triplica el ancho del grano mediante la redeposición de átomos en los límites del grano.

El tratamiento GCIB del equipo resultó en una mejora de hasta cuatro veces en las propiedades eléctricas y ópticas de películas de un espesor de 12 nanómetros. "Las características únicas de la irradiación GCIB significaron que en un solo paso de irradiación pudimos reducir las pérdidas por dispersión debido a la rugosidad de la superficie, límites de grano y vacíos, "señala Teo.

El equipo de investigación también utilizó la técnica para suavizar la superficie superior y las paredes laterales de guías de ondas de bandas plateadas con dibujos litográficos. aumentando las longitudes de propagación de los plasmones superficiales en estas guías de ondas.

"En el futuro, pretendemos utilizar esta técnica para mejorar la pureza del color de los filtros de color plasmónicos o reflectores, y también para aumentar el área de patrón de nanolitografía superlente, ", dice Teo." Estos desarrollos acercarán la investigación plasmónica a la comercialización ".