Laserfremstilling af rumlig opløsning, der nærmer sig kvantegrænsen

Siden tidlige demonstrationer af femtosekundlaser som et tredimensionelt (3D) behandlingsværktøj, er mikroenheder med spændende optiske, elektroniske, mekaniske og magnetiske funktioner blevet fremstillet, hvormed nye koncepter fra 3D kvantefotoniske integrerede kredsløb til intelligente mikrorobotter er aktiveret .

Mange kræfter i det seneste årti på dette område er blevet brugt på at forbedre fremstillingens rumlige opløsning, og adskillige snesevis af nanometerstørrelser er blevet rapporteret baseret på multifotonabsorption, udtømning af stimuleringsemission, fjernfelt-induceret nærfeltsforbedring og fotoexcitation- inducerede kemiske bindingseffekter. Ikke desto mindre kræver avancerede applikationer, såsom enkelt-elektron-transistorer, enkelt-foton-emittere (SPE), enkelt-atom-hukommelse eller kvante-bit-enheder, højere produktionsopløsning (mindre end 10 nm, langt ud over den optiske diffraktionsgrænse).

I et nyt papir offentliggjort i Light Science &Application , et team af videnskabsmænd, ledet af professor Hongbo Sun fra State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instrument, Tsinghua University, Beijing, Kina, og kolleger har foreslået og eksperimentelt demonstreret fremstilling i atomskala ved hjælp af en TTL-metode (threshold tracking and lock-in), hvorved egenskabsstørrelser på <5 nm, ~ λ/100, nærmer sig kvantegrænsen, realiseres.

Gennem denne tilgang kunne forskere opnå næsten enhedsudbyttefabrikation af enkeltfotonkilder med høj positionsnøjagtighed og minimal skade på gitteret. Disse enkeltfotonkilder udviser høj lysstyrke, høj emissionsrenhed og høj stabilitet.

Denne atomnære laserproduktion repræsenterer et væsentligt skridt fremad inden for skalerbare kvantefotoniske teknologier. Forskerne opsummerer princippet om TTL-teknologi:

"Ideen er at bruge de ekstra laserimpulser (sondelys) til præcist at spore, om der opstår skade på atomare eller tæt atomare skala under den indledende puls (fremstillingslys). Målmaterialets iboende skadestærskel er præcist låst. Det er værd at nævner, at denne feedbackmetode ikke afhænger af instrumentets detektionsfølsomhed og nøjagtigt kan låse den iboende skadetærskel for målmaterialet til laserfremstilling i nanoskala."

• ).

• ).

"Vi demonstrerede, at laserens fremstillingsnøjagtighed i dette arbejde har nået kvantegrænsen, hvilket er en ny milepæl efter den optiske diffraktionsgrænse. Når laserenergien nærmer sig skadetærskelværdien for nær-atomisk skala, er laserablationen af ​​individuelle atomer ikke nødvendigvis forekomme i det geometriske centrum af det fokuserede sted."

"Dette skyldes, at i denne grænsetilstand vil gradienten fra laserenergien (toppen af ​​Gauss-fordelingen) være meget flad. Nedbrydningsområdet defineret af laserenergigradienten vil svigte, og lokal atomablatation vil forekomme tilfældigt i et bestemt område (~ nogle få nanometer, den specifikke værdi er relateret til målmaterialet), som vil være domineret af lokale elektroners position og energiudsving snarere end effekttæthedshældningen af ​​den indfaldende laser."

"Ved TTL-teknologien kunne fremstillingen af ​​enkeltfotonkilder med nanoskalapositioneringspræcision realiseres. I mellemtiden udviser disse enkeltfotonkilder fremragende egenskaber, herunder høj lysstyrke (udsender næsten ti millioner fotoner pr. sekund), høj emissionsrenhed og høj emissionsrenhed. stabilitet."

"Dette resultat antyder det høje potentiale af atomær laserproduktion til anvendelse af kvanteenheder."

Flere oplysninger: Xiao-Jie Wang et al., Laserfremstilling af rumlig opløsning, der nærmer sig kvantegrænsen, Light:Science &Applications (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01354-5

Leveret af TranSpread