$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Ten artykuł opisuje wytwarzanie elektrycznie adresowalnych nanodrutów ze złota o wysokim współczynniku kształtu, oddzielonych przerwami pojedynczych nanometrów, przy użyciu próżniowo osadzanego aluminium i srebra jako protektorowych warstw dystansowych dla przerw > 5 nm i samoorganizujących się monowarstw (SAM) alkanedithioli dla przerw tak małych jak 1,7 nm. Wytworzyliśmy te nanostruktury bez pomieszczenia czystego lub jakichkolwiek procesów fotolitograficznych, dzieląc struktury warstwowe ze złota oddzielone przekładką protektorową za pomocą ultramikrotomu, formy litografii krawędziowej znanej jako nanoskiving. 1-3 Ta metoda polega na połączeniu osadzania cienkich warstw metalu i cięcia za pomocą ultramikrotomu. Głównym krokiem w nanoskivingu jest krojenie cienkich odcinków za pomocą ultramikrotomu wyposażonego w diamentowy nóż, który jest przymocowany do łodzi pełnej wody, aby uzyskać płyty o grubości nawet ~ 30 nm. Ultramikrotomy są szeroko stosowane do przygotowywania cienkich próbek do obrazowania za pomocą mikroskopii optycznej lub elektronowej, a wielu z najbardziej doświadczonych praktyków ultramikrotomii wywodzi się ze środowiska biologicznego lub medycznego. Istnieje kilka metod wytwarzania nanoprzerw, w tym mechaniczne połączenia przerywane4, litografia wiązką elektronów5, galwanizacja elektrochemiczna6, 7 elektromigracja, litografia skupionej wiązki jonów,9 parowanie cienia,10 sonda skanująca i mikroskopia sił atomowych,11 litografia on-wire,12 i linijki molekularne. 13 Wszystkie te metody mają swoje własne cechy i zastosowania, ale wytwarzanie i eliminowanie nanoprzerw, zarówno w użytecznej liczbie, jak i przy precyzyjnej kontroli wymiarów szczeliny, pozostaje wyzwaniem. Ponadto metody te wiążą się z wysokimi kosztami eksploatacji, są ograniczone do klasy materiałów, które mogą przetrwać procesy trawienia, i mają ograniczoną rozdzielczość. Nanoskiving umożliwia szybkie wytwarzanie elektrycznie adresowalnych nanodrutów z odstępami pojedynczych nanometrów na blacie stołu. Interesuje nas szybkie prototypowanie nanostruktur dla elektroniki molekularnej, do której nano-wytwarzane elektrody nie wymagają specjalistycznych ani czasochłonnych technik; 14 Po wyprodukowaniu bloku można wytworzyć setki tysięcy nanostruktur (szeregowo) na żądanie. Technika ta nie ogranicza się jednak do SAM lub elektroniki molekularnej i jest ogólną metodą przygotowania luki między dwiema nanostrukturami. W tym artykule używamy srebra, aluminium i SAM jako warstw protektorowych do wytwarzania przerw o różnych rozmiarach między złotymi nanodrutami, ale technika ta nie ogranicza się do tych materiałów (lub do metalicznych nanodrutów). Przewody są typu pick-and-place i są kompatybilne z wyrównaniem magnetycznym, dzięki czemu można je umieszczać na dowolnych podłożach. 15 Kolejną mocną stroną nanoskivingu jest to, że zapewnia kontrolę nad wszystkimi trzema wymiarami. Wymiary próbek są określane na podstawie topografii podłoża (X), grubości osadzonej warstwy (Y) oraz grubości płyty wytworzonej przez ultramikrotom (Z). Rysunek 1 podsumowuje procedurę zastosowaną do wytworzenia nanodrutów w określonych odstępach. Złote elementy (o długości 1-2 mm) są osadzane przez odparowanie przez maskę teflonową na podłożu silikonowym. Prepolimer epoksydowy Epofix (Electron Microscopy Sciences) wylewa się na całą płytkę, pokrywając złote cechy, po utwardzeniu żywicy epoksydowej żywica epoksydowa jest oddzielana od płytki (tj. poprzez usuwanie matrycy); Złote elementy pozostają przyklejone do żywicy epoksydowej. W przypadku metalicznych warstw protektorowych aluminium lub srebro jest odparowywane z żądaną grubością przez maskę teflonową z przesunięciem 200 - 500 μm w stosunku do złotych elementów. Aby wytworzyć przerwy poniżej 5 nm, SAM tworzy się przez zanurzenie cech złota w roztworze etanolowym o sile 1 mM odpowiedniego ditiolu na noc. Drugi zestaw złota (lub innego metalu) osadza się, umieszczając teflonową maskę cieni na pierwszej warstwie złotych elementów (pokrytych srebrem, aluminium lub SAM) z przesunięciem 200 - 500 μm w stosunku do pierwszego odparowania. To przesunięcie ostatecznie określi najdłuższy wymiar szczeliny i można go dokładnie zmierzyć za pomocą mikrolinijki przed osadzeniem całej konstrukcji w żywicy epoksydowej w celu przekroju. Następnie cała struktura jest zatopiona w bloku żywicy epoksydowej, który następnie może być gotowy do przekroju za pomocą ultramikrotomu. Ramię próbki utrzymuje przygotowany blok, gdy nóż diamentowy zbliża się do niego w kontrolowanych krokach, które określą grubość płyt. Powstała sekcja unosi się na wodzie w łodzi.