ナノテクノロジー：原子スケールの閉じ込めによる自己集合フォトニック共振器

巨大分子、ナノワイヤー、二次元材料など、自己集合させたナノテクノロジー構成要素に関する研究における目覚ましい進歩にもかかわらず、ナノスケールの寸法からマクロスケールの寸法への橋渡しとなる人工的な自己集合法は、依然として拡張性がなく生物学的な自己集合より劣っている。対照的に、プレーナー型半導体技術は、その固有の拡張性によって多大な技術的影響を及ぼしてきたが、自己集合によって可能になる原子レベルの寸法への到達はできないように思われる。今回我々は、カシミール–ファンデルワールス相互作用などの表面力を用いて、従来のリソグラフィーとエッチングで可能な長さスケールよりボイド形状が大幅に小さい、吊り下げられたシリコンナノ構造を、従来のリソグラフィーとエッチングしか用いずに、決定論的に自己集合させ自己整列させた。この方法は非常にロバストであり、自己集合のしきい値は、測定された数千個のデバイス全てで、あらゆる支配パラメーターに対して単調な依存性を示した。我々は、回折限界の100分の1以下のモード体積に相当する、アスペクト比が100の2 nmの空隙にテレコム光子を閉じ込める導波路結合型高Q値シリコンフォトニック共振器という、他の既知のいかなる方法によっても作製できないナノ構造を作製することによって、この概念の可能性を例示する。走査型透過電子顕微鏡測定によって、サブナノメートル寸法のデバイスを構築できる能力が確認された。今回の研究は、自己集合によって可能になる原子レベルの寸法とプレーナー型半導体の拡張性を組み合わせた新世代製造技術への最初の一歩となる。

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