Litografía directa asistida por ligandos de conversión y avalancha de nanopartículas para fotónica no lineal

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Nanotecnología
• Óptica

Sus antecedentes:

• Las nanopartículas de conversión ascendente (UCNPs) poseen propiedades ópticas no lineales únicas valiosas para la microscopía, la detección y la fotónica.
• La fabricación de patrones UCNP de alta resolución con alta densidad de embalaje sigue siendo un desafío importante.
• Comprender cómo el tamaño de las nanopartículas influye en la química de los patrones es crucial para optimizar la fabricación.

Objetivo del estudio:

• Investigar las composiciones químicas de patrones directos para varias UCNP (Tm3+, Yb3+/Tm3+, Yb3+/Er3+) y tamaños (6-18 nm).
• Explorar el impacto del tamaño de las nanopartículas en las estrategias de enlace iónico y covalente basadas en ligandos para el patrón de UCNP.
• Desarrollar un método de patronaje localizado y de alta resolución para las UCNP utilizando la exposición a rayos UV, rayos electrónicos y rayos infrarrojos.

Principales métodos:

• Se utilizan ligandos para formar enlaces iónicos o enlaces covalentes entre UCNPs bajo exposición a rayos UV, e-beam y NIR.
• Se investigó el efecto del tamaño de UCNP (6-18 nm) en la selección de ligandos y los resultados de patronaje.
• Desarrolló un enfoque de enlace cruzado localizado iniciado en UCNPs en películas delgadas, en contraste con los métodos de monómero a granel.

Principales resultados:

• Se han modelado con éxito las UCNP de 6 nm utilizando ligandos iónicos compactos.
• Se determinó que las UCNP más grandes requieren ligandos de cadena larga y enlazables para evitar la agregación durante la fundición de película.
• Se obtiene un patrón de alta resolución (∼1 μm con UV/NIR, <100 nm con haz e) con UCNPs densamente empaquetados.
• Litografía NIR de conversión hacia arriba demostrada para el modelado 2D y 3D utilizando láseres de onda continua.

Conclusiones:

• El tamaño de UCNP influye críticamente en la elección de la química del ligando para un patrón efectivo.
• La química localizada iniciada por foto/electrones permite la fabricación de patrones UCNP precisos y de alta resolución.
• La litografía NIR desarrollada ofrece una ruta rentable para el patroneado de materiales coloidales avanzados, preservando las funcionalidades UCNP para dispositivos ópticos.