Forskere skaber en lavpris, høj nøjagtighed glas nano-gravering teknik

I en fælles undersøgelse, et samarbejde mellem russiske forskere har udviklet en mekanisme til laseraflejring af mønstre på glas med en opløsning på 1000 gange lavere end bredden af ​​et menneskehår. Laserne blev fokuseret gennem små glaskugler, frem for traditionelle objektiver. Denne mekanisme tillader påføring af komplekse mønstre på en glasoverflade relativt let og billigt, opnåelse af en rumlig opløsning på mindre end 100 nanometer.

Den foreslåede metode vil muliggøre tilstrækkelig hurtig og billig oprettelse af sensorer og mikrochips i nanoskala. Ifølge forskerne, det er meget billigere og teknologisk lettere end nogen af ​​tidligere anvendte metoder, og den nye applikation tillader aflejring af computertegningerne på glasoverfladen med en acceptabel opløsning. For at demonstrere denne metode, forkortelsen for Institute of Chemical Physics (ICP) blev deponeret på glas med en opløsning på omkring 100 nanometer. Nanoengraving bruges til at skabe ultrapræcise kredsløb i mikrofluidik. Betjeningsvæsken kan strømme gennem de indgraverede kanaler, forbinder forskellige dele af kredsløbet. Jo mindre størrelsen på et sådant kredsløb, jo højere graveringsopløsning.

En femtosekundlaser tillader aflejring af komplekse, to- og tredimensionelle mønstre på overfladen af ​​transparente materialer. Opløsning - minimumsstørrelsen på mønsterets billeddetaljer - er altid et problem i denne slags opgaver, da det er begrænset (af fysiske årsager) af laserbølgelængden. Jo højere opløsning, jo mindre er de anvendte mønstre.

For at forbedre opløsningen, nærfeltseffekten bruges ofte. Denne metode indebærer fokusering af en laserstråle, ved hjælp af metal nanopartikler eller et lag dielektriske mikrosfærer som en "linse". Imidlertid, disse metoder komplicerer mønsterets aflejringsproces, da de er fastgjort i rummet.

I deres arbejde, forfatterne foreslår en anden tilgang. Ved hjælp af en lysstråle i væske, de skaber en slags fælde, hvor de placerer glasmikrosfærer. Fordelen ved denne fokuseringsmetode er, at fælden kan flyttes, derved flytte linsen i rummet og fokusere laseren til det ønskede område af glasset.

Imidlertid, blot at flytte en laserstråle langs overfladen er ikke nok. Eksponering for laseren fører til dannelse af bakker, men ikke kratere. Disse bakker er ret ru og brede, men virkningen af ​​alkali ved en temperatur på 90 ° C gør bakkerne til glatte kratere med en mindre bredde. En sådan totrinsstrukturering muliggør opnåelse af en opløsning under 100 nanometer (nm). Derimod, et-trins strukturering, hvor overfladen kun behandles med en laser, giver præcision under 150 til 200 nm (afhængigt af strukturens kompleksitet).

I første omgang, glasoverfladen bestråles med en femtosekundlaser. Laserpulsen fokuseres ved hjælp af en glasperle, som ledes af en optisk "fælde" til et forudbestemt område af glasset. Som resultat, brede bakker dannes på overfladen af ​​glas; efter overfladebehandling med en alkalisk opløsning, disse bakker omdannes til mindre kratere med mere strømlinede former.

Ud over direkte mønstre, forskerne undersøgte afhængighed af beslutningen, dvs. kraterstørrelsen, fra laserkraften. Resultaterne viste, at der kunne opnås større præcision med små kugler, som tillader en opløsning under 100 nm.

Minimumsbredden af ​​det opnåede krater var 70 nm. Nedenstående figur viser dette særlige krater, og diagrammet viser kraterets form på to akser.

Publikationen viser, at graveringsteknikken muliggør relativt komplekse strukturer. For at bevise dette, glasoverfladen var indgraveret med forkortelsen for Institute of Chemical Physics (ICP). Den gennemsnitlige bredde på hvert bogstav er 100 nm, dybde - 20 nm (se fig. nedenfor med en skala - 500 nm).

"Oprettelse af tynde riller og kanaler kan bruges inden for kemi og biologi til produktion af mikrofluidik og på forskellige nanoplanter, "siger Aleksander Shakhov, artiklens medforfatter, efteruddannet fra fakultetet for almen og anvendt fysik på MIPT.

Kanaler til væsker indgraveret ved disse metoder bruges til udvikling af små, præcise sensorer, der arbejder med væsker. Den pågældende artikel foreslår også en tilstrækkelig hurtig og billig mekanisme til nanostrukturering. En sådan tilgang kan muliggøre hurtig og teknologisk ukompliceret oprettelse af billige enheder og sensorer ved at anvende komplekse strukturer af tynde riller og kanaler, gennem hvilke driftsfluid vil strømme.