In een gezamenlijke studie een samenwerkingsverband van Russische wetenschappers heeft een mechanisme ontwikkeld voor laserdepositie van patronen op glas met een resolutie die 1000 keer lager is dan de breedte van een mensenhaar. De lasers werden gefocust door kleine glazen bollen, in plaats van traditionele lenzen. Dit mechanisme maakt het relatief eenvoudig en goedkoop aanbrengen van complexe patronen op een glasoppervlak mogelijk, het verkrijgen van een ruimtelijke resolutie van minder dan 100 nanometer.

De voorgestelde methode zal voldoende snelle en goedkope creatie van sensoren en microchips op nanoschaal mogelijk maken. Volgens de wetenschappers het is veel goedkoper en technologisch eenvoudiger dan alle eerder gebruikte methoden, en met de nieuwe applicatie kunnen de computertekeningen met een acceptabele resolutie op het glasoppervlak worden gedeponeerd. Om deze methode te demonstreren, de afkorting van het Institute of Chemical Physics (ICP) werd afgezet op glas met een resolutie van ongeveer 100 nanometer. Nanogravure wordt gebruikt om ultraprecieze circuits in microfluïdica te creëren. De bedrijfsvloeistof kan door de gegraveerde kanalen stromen, verschillende delen van het circuit met elkaar verbinden. Hoe kleiner de grootte van zo'n circuit, hoe hoger de graveerresolutie.

Een femtoseconde laser maakt afzetting van complexe, twee- en driedimensionale patronen op het oppervlak van transparante materialen. Resolutie - de minimale grootte van het afbeeldingsdetail van het patroon - is altijd een probleem bij dit soort taken, omdat het (om fysieke redenen) wordt beperkt door de lasergolflengte. Hoe hoger de resolutie, hoe kleiner de grootte van de toegepaste patronen.

Om de resolutie te verbeteren, het near-field effect wordt vaak gebruikt. Bij deze methode wordt een laserstraal gefocusseerd, met behulp van metalen nanodeeltjes of een laag diëlektrische microsferen als een "lens". Echter, deze methoden bemoeilijken het depositieproces van het patroon, omdat ze in de ruimte zijn vastgezet.

In hun werk, de auteurs stellen een andere benadering voor. Met behulp van een lichtstraal in vloeistof, ze creëren een soort val waarin ze glazen microbolletjes plaatsen. Het voordeel van deze scherpstelmethode is dat de val kan worden verplaatst, waardoor de lens in de ruimte wordt verplaatst en de laser wordt gefocusseerd op het gewenste gebied van het glas.

Echter, alleen het verplaatsen van een laserstraal langs het oppervlak is niet voldoende. Blootstelling aan de laser leidt tot de vorming van heuvels, maar niet tot kraters. Deze heuvels zijn vrij ruw en breed, maar het effect van alkali bij een temperatuur van 90 ° C verandert de heuvels in gladde kraters met een kleinere breedte. Een dergelijke structuur in twee stappen maakt het mogelijk een resolutie van minder dan 100 nanometer (nm) te bereiken. Daarentegen, structureren in één stap, waarbij het oppervlak alleen met een laser wordt behandeld, geeft precisie onder 150 tot 200 nm (afhankelijk van de complexiteit van de structuur).

aanvankelijk, het glasoppervlak wordt bestraald met een femtoseconde laser. De laserpuls wordt gefocust door middel van een glasparel, die wordt geleid door een optische "val" naar een vooraf bepaald gebied van het glas. Als resultaat, brede heuvels worden gevormd op het oppervlak van glas; na oppervlaktebehandeling met een alkalische oplossing, deze heuvels worden omgezet in kleinere kraters met meer gestroomlijnde vormen.

Naast directe patronen, de wetenschappers onderzochten de afhankelijkheid van de resolutie, d.w.z. de kratergrootte, van de laserkracht. De resultaten toonden aan dat een grotere precisie kan worden verkregen met kleine bollen, die een resolutie van minder dan 100 nm mogelijk maken.

De minimale breedte van de verkregen krater was 70 nm. De onderstaande afbeelding toont deze specifieke krater, en de grafiek toont de vorm van de krater op twee assen.

De publicatie laat zien dat de graveertechniek relatief complexe structuren mogelijk maakt. Om dit te bewijzen, het glasoppervlak was gegraveerd met de afkorting voor het Institute of Chemical Physics (ICP). De gemiddelde breedte van elke letter is 100 nm, diepte - 20 nm (zie onderstaande afbeelding met een schaal - 500 nm).

"Het creëren van dunne groeven en kanalen kan worden gebruikt in de chemie en biologie voor de productie van microfluïdica en bij verschillende nanofabrieken, " zegt Aleksander Shakhov, de co-auteur van het artikel, postdoctoraal aan de Faculteit der Algemene en Technische Natuurkunde aan het MIPT.

Kanalen voor vloeistoffen die met deze methoden zijn gegraveerd, worden gebruikt voor de ontwikkeling van kleine, nauwkeurige sensoren die met vloeistoffen werken. Het artikel in kwestie suggereert ook een voldoende snel en goedkoop mechanisme voor nanostructurering. Een dergelijke benadering kan een snelle en technologisch ongecompliceerde creatie van goedkope apparaten en sensoren mogelijk maken door complexe structuren van dunne groeven en kanalen toe te passen waardoor bedrijfsvloeistof zal stromen.