优化光学活性纳米结构的3D打印

大约20年前，人们就已经可以通过纳米粒子对表面进行修饰，使其能够以所需的方式聚光或操纵光线，或引发其他反应。这种光学活性纳米结构可用于太阳能电池、生物或化学传感器等。

为了扩大其应用范围，奥地利格拉茨理工大学电子显微镜和纳米分析研究所以及格拉茨电子显微镜中心（ZFE）的研究人员，十多年来一直致力于制造平面纳米结构，尤其是复杂的独立的三维结构。

十多年来，Harald Plank一直在研究如何在纳米范围内制造复杂的独立三维结构

由Harald Plank、Verena Reisecker和David Kuhness领导的团队取得了两项突破。现在可以提前精确模拟所需的纳米结构形状和尺寸，以实现所需的光学特性，然后再进行精确生产。他们还成功地完全清除了在初始生产过程中加入的化学杂质，而不会对三维纳米结构产生负面影响。

无需反复试验
“迄今为止，三维纳米结构需要耗时的试错过程，直到产品显示出所需的光学特性。这项工作终于可以省去了，”Harald Plank解释说，“各种纳米结构的模拟与实际等离子共振之间的一致性非常高。”

“这是向前迈出的一大步。过去几年的辛勤工作终于有了回报。该技术是目前世界上唯一一种可以在几乎任何表面上以受控的单步程序，生产出单个特征小于10纳米的复杂三维结构技术。相比之下，最小的病毒大小约为20纳米。”

他接着谈到：近年来最大的挑战是在不破坏形态的情况下，将三维结构转移到高纯度材料中。由于三维结构的存在，这一发展飞跃带来了新的光学效果和应用理念。现在，纳米范围内的纳米探针或光学镊子已经触手可及。

精确控制的电子束
研究人员利用聚焦电子束诱导沉积来生产纳米结构。在真空条件下，相关表面暴露在特殊气体中。聚焦电子束分裂气体分子，部分气体分子转变为固态并附着在所需位置上。Harald Plank对此解释说：通过精确控制电子束的移动和曝光时间，我们能够在一个步骤内生产出具有晶格或片状构件的复杂纳米结构。通过将这些纳米体积堆叠在一起，最终可以构建出三维结构。