ایجاد نانوساختارهای فلزی در چند نانوثانیه

نانوساختارهای فلزی قطعه کلیدی در بسیاری از ابزارهای نانومقیاس هستند؛ از جمله این
ابزارها می‌توان به الکترودهای ابزارهای الکترونیکی مولکولی، سامانه‌های مغناطیسی
همچون محیط‌های ضبط الگودهی شده و ابزارهای فتونیکی مبتنی بر رزونانس پلاسمون سطحی
روی یک سطح فلزی اشاره کرد. با این حال تولید سریع نانوساختارهای فلزی همراه با
کنترل ابعادی آنها هنوز با مشکل مواجه است.

برای حل این مشکل، محققان دانشگاه پنسیلوانیا در آمریکا روش جدیدی برای
افزایش سرعت و سادگی الگودهی فلزات توسعه داده‌اند. در این روش قالب مورد
نظر روی یک فیلم نازک فلزی رسوب یافته روی یک ویفر فشار داده شده و یک پالس
لیزری به مدت تنها ۲۰ میلیاردیوم ثانیه روی آن اعمال می‌شود. سطح فلز به
مدت بسیار کوتاه چندصد نانوثانیه ذوب شده و سپس اطراف قالب مورد نظر دوباره
به حالت جامد درمی‌آید. این فرایندِ یک مرحله‌ای بسیار سریع جایگزین ردیفی
از فرایندها می‌شود که به طور معمول برای الگودهی فلزات استفاده می‌شوند.
این فرایندها عبارتند از الگودهی ماده مقاوم، انتقال الگو روی سطح با
استفاده از حکاکی و حذف ماده مقاوم. این گروه تحقیقاتی توانستند با استفاده
از این روش جدید شبکه‌های فلزی با تناوب ۲۰۰ نانومتر و عرض خطوط حدود ۱۰۰
نانومتر بسازند.
راهکار هدفمند
کلید اصلی این روش ابزاری به نام لیزر اکسیمر (excimer laser) است؛ این
لیزر به طور معمول در جراحی‌های لیزری مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا می‌تواند
باریک‌ترین لایه سطح یک ماده را گرم کند بدون آنکه به لایه‌های زیرین آسیبی
وارد کند. به همین دلیل بستر مورد نظر در کمترین حد ممکن گرم می‌شود و در
نتیجه می‌توان از بسترها و قالب‌هایی استفاده کرد که ضریب انساط حرارتی
متفاوتی دارند (مثل قالب کوارتزی شفاف همراه با یک بستر سیلیکونی).
این روش ساخت جدید می‌تواند کاربردهای مختلفی داشته باشد. به‌عنوان مثال
این راهکار امکان ایجاد آرایه‌ای از حفره‌ها را روی یک فیلم فلز نجیب ایجاد
می‌کند که می‌توان از آن به‌عنوان حسگر زیستی مبتنی بر پدیده به اصطلاح
انتقال اُپتیکی غیرمعمول بهره برد.
علاوه بر نانوساختارسازی، انتظار می‌رود سطح فلز مورد نظر در صورت استفاده
از قالب کوارتزی صاف، هموار باشد. این ویژگی برای ابزارهای مبتنی بر
رزونانس پلاسمون سطحی یک مزیت به‌شمار می‌آید، زیرا در این ابزارها وجود یک
سطح صاف برای کاهش اتلاف و افزایش حساسیت ضروری است.
جزئیات این تحقیق در مجله Nanotechnology منتشر شده است.