The conventional bottom-up nanofabrication has a problem in that it is difficult to form well-arranged nano pattern on a substrate and the degree of freedom of shape control is low. However, the optical nanofabrication using light has possibility to enable unique shape control that does not exist in nature and to be applied to the production of new optical device. In this research, we have studied about the fabrication of various shapes of silver nanostructures and the direction of alignment by controlling the wavelength and polarization state of the femtosecond laser beam. By controlling the polarization state of the laser, the direction of the silver nano plate can be freely controlled and the aspect ratio of the silver nano plate can be controlled by controlling the wavelength of the laser. In addition, FDTD simulation was performed to explain the growth principle of silver nanostructure, and it was confirmed that the electric field intensity localized on the gold seed is one of the factors that greatly influences the control of the shape of the silver nanostructure. This research is expected to be applied to future sensing platforms, metamaterials and photonic crystals.
기존의 바텀-업 나노공정은 기판 위에 잘 배열된 나노 패턴을 만들기에 어렵고, 형상 제어의 자유도가 낮다는 문제점을 가지고 있다. 하지만 빛을 이용한 광학 나노공정은 자연에 존재하지 않는 독특한 모양 제어를 가능케 하고, 새로운 광학 소자 제작에 응용될 수 있는 가능성을 가지고 있다. 본 연구에서는 펨토초 레이저 빔의 파장과 편광 상태를 조절함으로써, 다양한 모양의 은 나노 구조체 제작과 배열 방향 조절에 관한 연구를 진행하였다. 레이저의 편광 상태를 조절함으로써, 은 나노 플레이트의 방향을 자유롭게 제어 가능함을 보였고, 레이저의 파장을 조절하여 은 나노 플레이트의 종횡비를 제어할 수 있음을 보였다. 또한 은 나노 구조체의 성장 원리를 설명하기 위해 FDTD 시뮬레이션이 수행되었고, 금 시드에 집속된 전기장 세기가 은 나노구조체 모양 제어에 큰 영향을 미치는 요인으로써의 가능성을 확인하였다. 이 연구에 기반하여 향후에 센서 플랫폼, 광 결정 및 메타 물질 분야에 응용될 것으로 예상된다.
