Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schreiben mit dem Elektronenstrahl: Jetzt auch Nanostrukturen aus Silber

24.07.2017

Ein internationales Team hat erstmals Nanostrukturen aus Silber mit einem Elektronenstrahl auf ein Substrat „geschrieben“. Silbernanostrukturen zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, sichtbares Licht auf der Nanoskala zu konzentrieren. Mögliche Anwendungen liegen in der Sensorik, zum Beispiel dem Nachweis von geringsten Spuren bestimmter Moleküle, aber auch als Bauelemente für eine Datenverarbeitung mit Licht.

Wenn man besonders feine, präzise Muster auf einer Oberfläche erzeugen will, ist ein Rasterelektronenmikroskop (REM) oft die Methode der Wahl: in einem einzigen Schritt lassen sich komplexe Strukturen direkt mit einem Elektronenstrahl auf einem Substrat abscheiden (Electron Beam Induced Deposition, EBID). Mit Gold, Platin, Kupfer und vielen anderen Metallen ist dies möglich, mit Silber bislang jedoch nicht, obwohl dieses Edelmetall besonders interessante Anwendungsmöglichkeiten verspricht.


Die Rasterelektronenmikrographie zeigt eine 10 Mikrometer große flächige Abscheidung. Die Silberkristalle sind etwa 100 Nanometer groß.

HZB/ACS Applied Materials &Interfaces (2017)

Einem Team aus dem HZB und der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA ist es nun erstmals gelungen, mit der EBID-Methode scharf abgegrenzte Felder aus winzigen Silber-Nanokristallen zu erzeugen. Sie beschreiben dies im Fachjournal der American Chemical Society ACS Applied Materials &Interfaces (DOI: 10.1021/acsami.7b04353).

Aufwändige Suche nach geeigneter Silberverbindnung

Die Herausforderung lag darin, eine geeignete Silberverbindung zu finden und die Injektionseinheit für den Elektronenstrahl zu entwickeln. Dass dies im Falle von Silber besonders schwierig ist, liegt am chemischen Verhalten der typischen Silberverbindungen. Sie sind schwer zu verdampfen und sehr reaktiv. Schon beim Aufheizen in der Injektionseinheit reagieren sie mit den Reservoirwänden. Beim Weg vom Reservoir bis zur Nadelspitze frieren sie bei kleinsten Temperaturabfällen wieder fest und verstopfen die Kanüle.

„Es hat uns viel Zeit und Mühe gekostet, die Injektionseinheit neu zu gestalten und eine geeignete Silberverbindung zu finden“, sagt HZB-Physikerin Dr. Katja Höflich, die die Experimente im Rahmen eines Helmholtz-Postdoctoral Fellowship an der EMPA durchgeführt hat. „Aber schließlich haben wir es geschafft. Das von uns verwendete Silber-Dimethylbutyrat bleibt stabil und zersetzt sich nur im Fokus des Elektronenstrahls.“

Schreiben mit dem Elektronenstrahl

Das Prinzip beim Schreiben mit Elektronenstrahl funktioniert so: in die Vakuumkammer des REM werden mit einer Nadel geringe Mengen einer Vorläufersubstanz – meist eine metallorganische Verbindung - nah über der Probenoberfläche injiziert. Dort wo der Elektronenstrahl auf die Probenoberfläche trifft, zersetzen sich die Vorläufer-Moleküle und ihr nichtflüchtiger Rest setzt sich an dieser Stelle ab. Der Elektronenstrahl kann wie ein Stift über das Substrat wandern und die gewünschten Strukturen aufschreiben. Dies klappt bei vielen Vorläufersubstanzen sogar in drei Dimensionen.

Silber als Licht-Konzentrator

Die nun von Höflich und ihren Kollegen erzeugten Silbernanostrukturen besitzen besondere optische Eigenschaften: sichtbares Licht regt die freien Elektronen in den Silberstrukturen zu Schwingungen, sogenannten Plasmonen, an. Diese äußern sich durch intensives Leuchten. Aus der Farbe und Intensität des Leuchtens lassen sich Informationen über die Zusammensetzung der Oberflächen ablesen. Mit der sogenannten Raman-Spektroskopie lässt sich dieser Effekt nutzen, um den „Fingerabdruck“ bestimmter Moleküle nachzuweisen, die an den Silberflächen haften. Sogar einzelne Moleküle lassen sich auf diese Weise nachweisen. Als Sensoren für Sprengstoffe oder andere gefährliche Verbindungen wären Nanostrukturen aus Silber daher gute Kandidaten.

Zukunftsvision: Bauelemente für das Rechnen mit Licht

Und auch Anwendungen in der Informationstechnologie sind denkbar: komplexere Silbernanostrukturen könnten die Basis für eine rein optische Datenverarbeitung bilden. Dafür muss es gelingen, das Verfahren zu verfeinern und auch mit Silber solche komplexen Strukturen einzuschreiben, wie es mit anderen Metallen bereits möglich ist.

Die Arbeit wurde in ACS Applied Materials &Interfaces (2017) publiziert: "Direct Electron Beam Writing of Silver-Based Nanostructures". Katja Höflich, Jakub Jurczyk,Yucheng Zhang, Marcos V. Puydinger dos Santos,,Maximilian Götz, Carlos Guerra-Nuñez, James P. Best,Czeslaw Kapusta, and Ivo Utke.

DOI: 10.1021/acsami.7b04353

Dr. Antonia Rötger | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen
19.06.2018 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Ein neues Experiment zum Verständnis der Dunklen Materie
14.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics