Nanolithografie: Lasergesteuerte Nanokugel ritzt in Oberflächen
© John Foxx Images (Ausschnitt)
Mit einem Laserstrahl haben Wissenschaftler der Ludwig-Maximilians-Universität in München ein Goldkügelchen gezielt durch eine Kunststoffmatrix bewegen können. Der Laser erhitzt die Nanokugel so stark, dass umliegendes Polymer schmilzt und sich zersetzt, wodurch nanometergroße, präzise Muster in das Substrat geschrieben werden können.
Die Gruppe um Jochen Feldmann beschichtete eine Glasplatte mit einem Polymer, in das die Goldnanokugeln eingebettet waren. Anschließend fokussierten sie einen Laser etwa 400 Nanometer über der Oberfläche. Dadurch konnten sie die optische Kraft des Laserstrahls ausnutzen, um die Kugel zu bewegen. Die Forscher wählten die Wellenlänge so, dass sie genau die Plasmonenresonanz der Goldkugel traf, wodurch sie sich auf über 700 Grad Celsius erhitzte. Das Polymer begann bei 200 Grad Celsius zunächst zu schmelzen, ab 500 Grad Celsius zersetzte es sich schließlich vollständig und verflüchtigte sich. Dabei hinterließ es keine Rückstände auf dem Glassubstrat, so dass die Größe der Struktur allein vom Durchmesser der Goldkugel abhing.
Die optische Kraft lässt sich in zwei Komponenten zerlegen: die axiale Kraft entlang des Laserstrahls und die radiale senkrecht dazu. Mit Hilfe der Radialkomponente konnten die Wissenschaftler die Bewegung der Goldkugel steuern. Feldmann und seine Kollegen fanden bei beiden Komponenten eine Abhängigkeit vom Brechungsindex, besonders ausgeprägt ist diese bei der radialen Kraft. Wichtig für die Forscher ist die Tatsache, dass die Richtung der Kraft nur bei Brechungsindizes größer als 1,1 so orientiert ist, dass die Goldkugel bewegt werden kann. Bei einem Brechungsindex von 1 wird die Kraft jedoch Null, weshalb das Verfahren an Luft nicht durchführbar ist.
Um diese Methode jedoch als neues Standardverfahren für die Nanolithografie zu etablieren, ist es notwendig, den Schreibprozess zu parallelisieren, so dass ein Substrat großflächig beschrieben werden kann. Durch die optische Steuerung ist dies aber recht einfach zu realisieren, da die Strahltaille viel größer ist als die Goldkugeln und daher mehrere Teilchen gleichzeitig bewegt werden können. (jf)
Die Gruppe um Jochen Feldmann beschichtete eine Glasplatte mit einem Polymer, in das die Goldnanokugeln eingebettet waren. Anschließend fokussierten sie einen Laser etwa 400 Nanometer über der Oberfläche. Dadurch konnten sie die optische Kraft des Laserstrahls ausnutzen, um die Kugel zu bewegen. Die Forscher wählten die Wellenlänge so, dass sie genau die Plasmonenresonanz der Goldkugel traf, wodurch sie sich auf über 700 Grad Celsius erhitzte. Das Polymer begann bei 200 Grad Celsius zunächst zu schmelzen, ab 500 Grad Celsius zersetzte es sich schließlich vollständig und verflüchtigte sich. Dabei hinterließ es keine Rückstände auf dem Glassubstrat, so dass die Größe der Struktur allein vom Durchmesser der Goldkugel abhing.
Die optische Kraft lässt sich in zwei Komponenten zerlegen: die axiale Kraft entlang des Laserstrahls und die radiale senkrecht dazu. Mit Hilfe der Radialkomponente konnten die Wissenschaftler die Bewegung der Goldkugel steuern. Feldmann und seine Kollegen fanden bei beiden Komponenten eine Abhängigkeit vom Brechungsindex, besonders ausgeprägt ist diese bei der radialen Kraft. Wichtig für die Forscher ist die Tatsache, dass die Richtung der Kraft nur bei Brechungsindizes größer als 1,1 so orientiert ist, dass die Goldkugel bewegt werden kann. Bei einem Brechungsindex von 1 wird die Kraft jedoch Null, weshalb das Verfahren an Luft nicht durchführbar ist.
Um diese Methode jedoch als neues Standardverfahren für die Nanolithografie zu etablieren, ist es notwendig, den Schreibprozess zu parallelisieren, so dass ein Substrat großflächig beschrieben werden kann. Durch die optische Steuerung ist dies aber recht einfach zu realisieren, da die Strahltaille viel größer ist als die Goldkugeln und daher mehrere Teilchen gleichzeitig bewegt werden können. (jf)
Schreiben Sie uns!
Beitrag schreiben