Sinds vroege demonstraties van femtoseconde-laser als driedimensionaal (3D) verwerkingsinstrument zijn er micro-apparaten met opwindende optische, elektronische, mechanische en magnetische functies vervaardigd, waardoor nieuwe concepten van 3D-kwantumfotonische geïntegreerde schakelingen tot intelligente micro-robots mogelijk worden gemaakt. .

De afgelopen tien jaar is er op dit gebied veel moeite gedaan om de ruimtelijke resolutie van de fabricage te verbeteren, en er zijn tientallen nanometer-kenmerkgroottes gerapporteerd op basis van multifoton-absorptie, uitputting van stimulatie-emissie, door verre velden geïnduceerde verbetering van het nabije veld en foto-excitatie. geïnduceerde chemische bindingseffecten. Niettemin vereisen geavanceerde toepassingen, zoals transistors met één elektron, emitters met één foton (SPE), geheugen met één atoom of kwantumbitapparaten, een hogere ruimtelijke resolutie bij productie (minder dan 10 nm, ver voorbij de optische diffractielimiet).

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light Science &Application heeft een team van wetenschappers, onder leiding van professor Hongbo Sun van het State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instruments, Tsinghua University, Beijing, China, en collega’s productie op bijna atomaire schaal voorgesteld en experimenteel gedemonstreerd met behulp van een Threshold Tracking and Lock-in (TTL)-methode, waarmee featuregroottes van <5 nm, ~ λ/100, die de kwantumlimiet benaderen, worden gerealiseerd.

Door deze aanpak konden onderzoekers een vrijwel uniforme opbrengst van bronnen van afzonderlijke fotonen bereiken met een hoge positionele nauwkeurigheid en minimale schade aan het rooster. Deze bronnen met enkele fotonen vertonen een hoge helderheid, hoge emissiezuiverheid en hoge stabiliteit.

Deze laserproductie op bijna atomaire schaal vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts in schaalbare kwantumfotonische technologieën. De wetenschappers vatten het principe van TTL-technologie samen:

"Het idee is om de extra laserpulsen (sondelicht) te gebruiken om nauwkeurig te volgen of schade op atomaire of bijna-atomaire schaal optreedt onder de initiële puls (fabricage van licht). De intrinsieke schadedrempel van het doelmateriaal is nauwkeurig vergrendeld. Het is de moeite waard waarbij wordt vermeld dat deze feedbackmethode niet afhankelijk is van de detectiegevoeligheid van het instrument, en nauwkeurig de intrinsieke schadedrempel van het doelmateriaal kan vergrendelen voor laserproductie op nanoschaal."

• 

• .

"We hebben in dit werk aangetoond dat de nauwkeurigheid van de laserproductie de kwantumlimiet heeft bereikt, wat een nieuwe mijlpaal is na de optische diffractielimiet. Wanneer de laserenergie de schadedrempel op bijna atomaire schaal nadert, hoeft de laserablatie van individuele atomen niet noodzakelijkerwijs te gebeuren." optreden in het geometrische centrum van het scherpgestelde punt."

"Dit komt omdat in deze grenstoestand de gradiënt die wordt geleverd door de laserenergie (de top van de Gauss-verdeling) zeer vlak zal zijn. Het door de laserenergiegradiënt gedefinieerde doorslaggebied zal falen en lokale atomaire ablatie zal willekeurig plaatsvinden in een bepaald gebied (~ enkele nanometers, de specifieke waarde is gerelateerd aan het doelmateriaal), dat zal worden gedomineerd door de positie en energiefluctuaties van lokale elektronen, in plaats van door de helling van de vermogensdichtheid van de invallende laser."

"Door TTL-technologie zou de productie van bronnen met enkele fotonen met een bijna eenheidsopbrengst met positioneringsprecisie op nanoschaal kunnen worden gerealiseerd. Ondertussen vertonen deze bronnen met enkele fotonen uitstekende eigenschappen, waaronder een hoge helderheid (die bijna tien miljoen fotonen per seconde uitzendt), hoge emissiezuiverheid en hoge stabiliteit."

"Dit resultaat suggereert het grote potentieel van laserproductie op bijna atomaire schaal voor de toepassing van kwantumapparaten."

Meer informatie: Xiao-Jie Wang et al., Laserproductie van ruimtelijke resolutie die de kwantumlimiet nadert, Licht:wetenschap en toepassingen (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01354-5

Aangeboden door TransSpread