Des chercheurs optimisent l'impression 3D de nanostructures optiquement actives
La procédure d'essai et d'erreur devient inutile
La forme, la taille et les propriétés optiques des nanostructures tridimensionnelles peuvent désormais être simulées à l'avance avant qu'elles ne soient produites directement avec une grande précision sur une grande variété de surfaces.
Harald Plank, de l'Institut de microscopie électronique et de nano-analyse de l'Université technique de Graz, étudie depuis plus de dix ans comment il est possible de produire des architectures 3D complexes et autonomes à l'échelle du nanomètre.
CDL DEFINE/TU Graz
Depuis une vingtaine d'années, il est possible de modifier des surfaces à l'aide de nanoparticules afin qu'elles concentrent ou manipulent la lumière de la manière souhaitée ou qu'elles déclenchent d'autres réactions. Ces nanostructures optiquement actives se retrouvent par exemple dans les cellules solaires et les capteurs biologiques ou chimiques. Afin d'élargir leur champ d'application, des chercheurs de l'Institut de microscopie électronique et de nano-analyse (Université de technologie de Graz) et du Centre de microscopie électronique de Graz (ZFE) travaillent depuis plus d'une décennie à la fabrication non seulement de nanostructures plates, mais surtout d'architectures 3D complexes et autonomes. L'équipe dirigée par Harald Plank, Verena Reisecker et David Kuhness a réalisé deux percées. Il est désormais possible de simuler précisément à l'avance les formes et les tailles requises des nanostructures pour obtenir les propriétés optiques souhaitées, qui peuvent ensuite être produites avec précision. Ils ont également réussi à éliminer complètement les impuretés chimiques incorporées au cours de la production initiale sans avoir d'impact négatif sur les nanoarchitectures 3D.
La procédure d'essai et d'erreur devient inutile
Jusqu'à présent, les nanostructures tridimensionnelles nécessitaient un long processus d'essais et d'erreurs jusqu'à ce que le produit présente les propriétés optiques souhaitées. Cet effort a finalement été éliminé. "La cohérence entre les simulations et les résonances plasmoniques réelles d'une large gamme de nano-architectures est très élevée", explique Harald Plank. "C'est un grand pas en avant. Le travail acharné de ces dernières années a enfin porté ses fruits". Cette technologie est actuellement la seule au monde à pouvoir être utilisée pour produire des structures tridimensionnelles complexes avec des caractéristiques individuelles inférieures à 10 nanomètres dans le cadre d'une procédure contrôlée en une seule étape sur presque n'importe quelle surface. À titre de comparaison, les plus petits virus ont une taille d'environ 20 nanomètres. "Le plus grand défi de ces dernières années a été de transférer les architectures 3D dans des matériaux de haute pureté sans détruire la morphologie", explique Harald Plank. "Ce bond en avant permet de nouveaux effets optiques et concepts d'application grâce à l'aspect 3D. Des nanosondes ou des pinces optiques d'une taille de l'ordre du nanomètre sont désormais à portée de main.
Un faisceau d'électrons contrôlé avec précision
Les chercheurs utilisent le dépôt induit par faisceau d'électrons focalisé pour produire les nanostructures. La surface concernée est exposée à des gaz spéciaux sous vide. Un faisceau d'électrons finement focalisé divise les molécules de gaz, dont certaines parties passent à l'état solide et adhèrent à l'endroit voulu. "En contrôlant précisément les mouvements du faisceau et les temps d'exposition, nous sommes en mesure de produire des nanostructures complexes avec des blocs de construction en forme de treillis ou de feuilles en une seule étape", explique Harald Plank. En empilant ces nanovolumes les uns sur les autres, il est possible de construire des structures tridimensionnelles.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Verena Reisecker, David Kuhness, Georg Haberfehlner, Michele Brugger‐Hatzl, Robert Winkler, Anna Weitzer, David Loibner, Martina Dienstleder, Gerald Kothleitner, Harald Plank; "Spectral Tuning of Plasmonic Activity in 3D Nanostructures via High‐Precision Nano‐Printing"; Advanced Functional Materials, 2023-11
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