Las nanopartículas de oro de menos de 10 nanómetros se autoorganizan espontáneamente de formas completamente nuevas cuando quedan atrapadas dentro de plantillas similares a canales. Un nuevo estudio muestra que esta característica podría facilitar la fabricación a nanoescala más fácil de biosensores y dispositivos plasmónicos con intrincados, Estructuras superficiales de alta densidad.

Generar patrones de superficie a escalas de 10 nanómetros o menos es difícil con la tecnología actual. Un equipo internacional, dirigido por Joel Yang del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales en Singapur, está ayudando a eludir esta limitación mediante una técnica conocida como "autoensamblaje dirigido de nanopartículas" (DSA-n).

Este enfoque toma nanopartículas esféricas que se organizan espontáneamente en ordenados, películas bidimensionales cuando se insertan en plantillas definidas litográficamente. Las plantillas imponen restricciones geométricas que obligan a las películas a organizarse en patrones de nanoescala específicos.

La mayoría de los patrones producidos por DSA-n, sin embargo, son arreglos periódicos sencillos. Para ampliar las capacidades de esta técnica, Los investigadores están explorando las "transiciones de estructura" que ocurren cuando las limitaciones de la plantilla se vuelven comparables al tamaño de las nanopartículas. En estas dimensiones, las pequeñas esferas pueden desplazarse de las posiciones periódicas típicas y reorientarse hacia nuevas geometrías impredecibles.

Estudios anteriores han utilizado microscopía de video en tiempo real para capturar transiciones de estructura en coloides a microescala, pero la obtención de imágenes directas de partículas de menos de 10 nanómetros es casi imposible. "Ahí es donde se nos ocurrió la idea de utilizar plantillas basadas en canales con anchos que varían gradualmente, "dice el coautor Mohamed Asbahi." Con este sistema, podemos rastrear el autoensamblaje de las nanopartículas de acuerdo con el espacio accesible para ellas ".

Utilizando técnicas de litografía por haz de electrones, el equipo elaboró ​​una serie de trincheras ahusadas hacia adentro diseñadas para adaptarse a 1 a 3 filas de nanopartículas de oro. Después de depositar una monocapa de partículas de 8 nanómetros en la plantilla, utilizaron microscopía electrónica de barrido para identificar cualquier patrón emergente dependiente del ancho. Entre filas ordenadas periódicamente, Los investigadores vieron una clara evidencia de zonas de estado de transición:regiones donde las pequeñas esferas se desalinean y gradualmente adquieren nuevas, Patrones de embalaje triangulares.

Después de analizar los estados de transición con simulaciones computacionales de Monte Carlo, Yang y sus colaboradores identificaron varios patrones recurrentes dominantes con diferentes geometrías de las deposiciones típicas de DSA-n. Debido a que las condiciones necesarias para generar estos patrones se pueden predecir matemáticamente, el equipo confía en que estos hallazgos pueden tener aplicaciones prácticas de ingeniería de superficies.

"El éxito de DSA-n depende de la precisión de posicionamiento de las partículas, "dice Yang." Al explotar el rico conjunto de geometrías estructurales que existen entre estados ordenados, podemos diseñar plantillas que guíen las partículas hacia estructuras complejas periódicas y no periódicas ".