Theoretical and experimental studies of plasmonic nanostructures have been investigated extensively in the last few decades, fueled by its potentials in novel application areas. Among various nanostructures, Archimedean spirals have recently shown some unique and promising plasmonic properties but their applications have been limited by its fabrication methods. High resolution lithographies that have been used hitherto to produce such complex nanostructures are too costly and slow for large scale productions. Here, we report a novel, all bottom-up fabrication method of Archimedean nanospirals using block copolymers. Through a series of processes, an asymmetric defect is intentionally introduced into a topographic circular trench to induce block copolymer self-assembly into spirals. Furthermore, the handedness of the spirals can easily be controlled by modifying a single step in the fabrication process. This cost-effective and scalable alternative produces a well-arranged grid of Archimedean spirals of high yield and high handedness selectivity. With further studies, this nanostructure is expected to have plasmonic applications in areas such as second harmonic generation and polarization analyzers.
최근 plasmonics와 photonics 등 다양한 분야에서 나노미터 규모의 구조체와 빛의 상호 작용에 대한 연구가 진행되면서 이를 이용하기 위한 다양한 구조체의 제작 공정이 많은 관심을 받고 있다. 특히, 고해상도의 나노 리소그래피 기술의 발달로 인해 나노미터 규모의 복잡한 구조체의 제작이 가능해 지면서 나선형 구조체 등 비대칭 구조체에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 이러한 제작 방법은 높은 시간적, 금전적 비용으로 인해 대면적화가 어렵다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 블록공중합체의 자기조립 성질을 이용하여 대면적화가 가능한 저비용의 나선형 구조체 제작 공정을 설계하고자 하였다. Bottom-up process의 장점을 극대화하기 위하여 all bottom-up 공정을 이용하고, 간단하게 나선형 구조체의 handedness 또한 제어할 수 있게 설계하였다. 이 같은 공정을 이용하여 대면적에서 나선형 구조체의 제작이 가능하다는 것을 확인하였고, 이를 이용하여 second harmonic generation과 polarization analyzer 등에 사용 가능할 것으로 예상한다.