Desde hace unos veinte años es posible modificar superficies mediante nanopartículas para que concentren o manipulen la luz del modo deseado o desencadenen otras reacciones. Estas nanoestructuras ópticamente activas se pueden encontrar, por ejemplo, en células solares y sensores biológicos o químicos.
Para ampliar el campo de aplicación de estas nanoestructuras, los investigadores del Instituto de Microscopía Electrónica y Nanoanálisis (Universidad Tecnológica de Graz) y del Centro de Microscopía Electrónica de Graz (ZFE) trabajan desde hace más de una década en la fabricación no sólo de planos nanoestructuras, pero en particular arquitecturas 3D complejas e independientes.
El equipo de Harald Plank, Verena Reisecker y David Kuhness ha logrado dos avances. Ahora es posible simular con precisión las formas y tamaños requeridos de las nanoestructuras de antemano para lograr las propiedades ópticas deseadas, que luego se pueden producir con precisión. El equipo también logró eliminar por completo las impurezas químicas incorporadas durante la producción inicial sin afectar negativamente a las nanoarquitecturas 3D.
Los hallazgos se publican en la revista Advanced Functional Materials. .
Hasta ahora, las nanoestructuras 3D requerían un largo proceso de prueba y error hasta que el producto revelaba las propiedades ópticas deseadas. Esta dificultad finalmente ha sido eliminada. "La coherencia entre las simulaciones y las resonancias plasmónicas reales de una amplia gama de nanoarquitecturas es muy alta", explica Plank. "Este es un gran paso adelante. El arduo trabajo de los últimos años finalmente ha dado sus frutos."
Actualmente, la tecnología es la única en el mundo que se puede utilizar para producir estructuras tridimensionales complejas con características individuales de menos de 10 nanómetros en un procedimiento controlado de un solo paso en casi cualquier superficie. En comparación, los virus más pequeños miden alrededor de 20 nanómetros.
"El mayor desafío de los últimos años fue transferir las arquitecturas 3D a materiales de alta pureza sin destruir la morfología", explica Plank. "Este salto en el desarrollo permite nuevos efectos ópticos y conceptos de aplicación gracias al aspecto 3D". Las nanosondas o pinzas ópticas con tamaños en el rango nanométrico ya están al alcance de la mano.
Los investigadores utilizan la deposición inducida por haz de electrones enfocados para producir las nanoestructuras. La superficie relevante está expuesta a gases especiales en condiciones de vacío. Un haz de electrones finamente enfocado divide las moléculas de gas, tras lo cual partes de ellas cambian al estado sólido y se adhieren al lugar deseado.
"Controlando con precisión los movimientos del haz y los tiempos de exposición, podemos producir nanoestructuras complejas con bloques de construcción en forma de celosía o láminas en un solo paso", explica Plank. Al apilar estos nanovolúmenes uno encima del otro, en última instancia se pueden construir estructuras tridimensionales.
Más información: Verena Reisecker et al, Ajuste espectral de la actividad plasmónica en nanoestructuras 3D mediante nanoimpresión de alta precisión, Materiales funcionales avanzados (2023). DOI:10.1002/adfm.202310110
Información de la revista: Materiales funcionales avanzados
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Graz
