Los haces de electrones enfocados pueden sintetizar simultáneamente nanocristales ópticamente activos y modelarlos en intrincadas matrices de superficies.

Un equipo de A * STAR ha ensamblado puntos cuánticos de sulfuro de zinc (ZnS) en cuadrículas a nanoescala y matrices de discos similares a lentes mediante la realización de litografía por haz de electrones en una película delgada multipropósito. Las propiedades fotoluminiscentes de estos patrones podrían convertirlos en componentes útiles en aplicaciones como biosensores y células solares.

Si bien las nanopartículas de ZnS individuales tienen propiedades ópticas intrigantes, debido a los efectos del acoplamiento cuántico, sus capacidades de emisión de luz se vuelven más potentes cuando se colocan en conjuntos ordenados. En lugar de enfoques ascendentes convencionales que utilizan productos químicos húmedos para generar conjuntos de nanopartículas en chips de silicio, muchos investigadores ahora abordan este problema de arriba hacia abajo, utilizando litografía a nanoescala para eliminar el material no deseado y escribir puntos cuánticos directamente en las superficies.

Tallar formas en superficies semiconductoras de menos de 10 nanómetros es una experiencia particular de M. S. M. Saifullah del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales, y colegas. Dirigen haces de electrones de alta potencia sobre películas delgadas especiales llamadas "resiste". Las áreas de la capa protectora expuestas a los rayos enfocados sufren cambios químicos que permiten que las características diminutas permanezcan en su lugar mientras la película circundante es lavada por los solventes.

En la mayoría de las técnicas de litografía por haz de electrones, la capa protectora modelada se transfiere a otro sustrato y un paso de grabado químico genera las formas finales a nanoescala. Saifullah y el equipo, sin embargo, tenía una estrategia diferente. "Desarrollamos una resistencia que puede descomponerse y formar un sulfuro metálico justo debajo del haz de electrones, ", señala." Esto fue un desafío porque la mayoría de las resistencias no tienen tales funcionalidades ".

El equipo encontró un compuesto llamado butilxantato de zinc que podría satisfacer sus necesidades. En esta molécula, Los átomos de zinc y azufre están conectados a grupos orgánicos de cadena larga que potencialmente pueden separarse utilizando la energía de un haz de electrones. Los experimentos con la nueva resistencia demostraron la eficiencia de este proceso de conversión:al aumentar gradualmente la exposición al haz de electrones, la película inicial se transformó en nanocristales de ZnS con una tasa de conversión de casi el 100 por ciento

Los investigadores liderados por A * STAR explotaron las propiedades de la resistencia de butilxantato de zinc para producir líneas de nanocristales de ZnS con diámetros tan delgados como 6 nanómetros. Luego, después de caracterizar las estructuras con microscopía electrónica, Hicieron otro descubrimiento fortuito:los nanopatrones emitían luz fotoluminiscente brillante cuando se exponían a la radiación ultravioleta. Los estados de defectos en las superficies de los nanocristales fueron identificados como la causa del nuevo comportamiento óptico.

"Lo bueno de los nanocristales fotoluminiscentes de ZnS es que se pueden organizar en prácticamente cualquier forma, "dice Saifullah." En el futuro, nos gustaría combinar estas nanoestructuras con plasmónicos ".