非線形フォトニクスのためのアップコンバーティングおよびアヴァランチングナノ粒子のリガンド補助直接リトグラフィー

科学分野:

• 材料科学
• ナノテクノロジー
• 光学について

背景:

• アップコンバーティングナノ粒子 (UCNP) は,顕微鏡,センサー,光学にとって価値のあるユニークな非線形光学特性を有しています.
• 包装密度が高い高解像度UCNPパターンの製造は依然として大きな課題です.
• ナノ粒子のサイズがパターニング化学にどのように影響するかを理解することは,製造の最適化に不可欠です.

研究 の 目的:

• 様々なUCNP組成物 (Tm3+,Yb3+/Tm3+,Yb3+/Er3+) とサイズ (6~18 nm) の直接パターン化化学を調査する.
• ナノ粒子サイズがUCNPパターニングにおけるリガンドベースのイオンおよび共性結合戦略に与える影響を調査する.
• 紫外線,電子ビーム,およびNIR曝露を用いたUCNPの局所化された高解像度パターニング方法を開発する.

主な方法:

• UV,e-beam,およびNIR曝露下でUCNP間のイオン結合または共電結合を形成するために利用されたリガンド.
• リガンドの選択とパターニングの結果に対するUCNPサイズ (6~18 nm) の影響を調査した.
• 薄膜のUCNPで開始された局所的クロスリンクアプローチを開発し,大量モノメール方法と対比する.

主要な成果:

• コンパクトイオンリガンドを用いて6nmUCNPのパターン化に成功しました.
• フィルム鋳造中に集積を防ぐために,より大きなUCNPには長鎖,クロスリンク可能なリガンドが必要であることが決定されました.
• 密集したUCNPで高解像度パターン化 (UV/NIRで∼1μm,eビームで<100nm) を達成した.
• 連続波レーザーを用いた2Dおよび3DパターニングのためのアップコンバージョンのNIRリトグラフィーが実証されました.

結論:

• UCNPのサイズは,効果的なパターニングのためのリガンド化学の選択に決定的な影響を及ぼします.
• ローカライズされたフォト/電子誘発化学は,高解像度のUCNPパターンの製造を可能にします.
• 開発されたNIRリトグラフィは,先端のコロイド材料のパターニングのための費用対効果の高い経路を提供し,光学デバイスのUCNP機能を維持します.