Международная группа ученых с участием исследователей Дальневосточного федерального университета, ИАПУ ДВО РАН, Университета ИТМО, а также университетов Гонконга разработала технологию, которая может сделать инфракрасные сенсоры и оптические чипы более компактными и чувствительными. Речь идет о новом методе лазерной печати метаповерхностей — микроскопических структур, способных управлять светом и усиливать его сигнал. Результаты работы опубликованы в научном журнале Light: Science & Applications.
Метаповерхность — это ультратонкий слой, состоящий из упорядоченных наноструктур. Они в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Как сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ порталу Наука Mail, несмотря на свою миниатюрность, такой слой может выполнять работу обычных линз или дифракционных решеток: фокусировать, преломлять или усиливать свет. Раньше создание таких структур требовало сложной и дорогой литографии — многоэтапного процесса, похожего на производство микросхем.
Создание лазерного метода печати метаповерхностей, поддерживающих связанные состояния в континууме, является важным шагом на пути внедрения таких устройств в различные технологические области, включая ИК сенсорику и оптоэлектронику.
Ученые нашли более простой и дешевый способ создавать особые микроструктуры, для чего стали использовать фемтосекундный лазер, который посылает очень короткие вспышки света. Лазер не разрушает материал, а бережно меняет форму тонкой золотой пленки: на ней появляются крошечные «бугорки». Если расположить их правильно, они будут работать как специальная поверхность — улавливать и усиливать инфракрасное излучение.
Секрет в особом физическом эффекте: свет словно попадает в ловушку на поверхности и много раз отражается внутри, собираясь в одной точке. Благодаря этому даже очень слабые световые сигналы становятся сильнее — в сотни тысяч раз.
В эксперименте золотая поверхность с микроструктурами усилила сигнал примерно в 100 тысяч раз по сравнению с обычной гладкой пленкой. Ученые могут менять размер «бугорков» и расстояние между ними — так устройство настраивают на разные волны в инфракрасном диапазоне (от 1,3 до 8 микрометров).
Чтобы проверить технологию, исследователи нанесли такую поверхность прямо на электроды транзистора — важного элемента электроники. В качестве активного слоя взяли квантовые точки из теллурида ртути — это крошечные полупроводниковые частицы. Получившийся прибор показал намного больший фототок, чем устройство без наноструктур.
При охлаждении до −73°C чувствительность прибора достигла рекордного значения — 8,7 × 10¹¹ Джонс. Это лучший результат среди похожих устройств на квантовых точках.
Новая технология поможет создавать компактные и чувствительные устройства — например, инфракрасные сенсоры, оптические чипы и детекторы излучения. Их можно будет использовать в медицине для диагностики, в системах безопасности, на производстве и в науке. Плюс в том, что такие фотодетекторы можно делать прямо на уже существующих деталях электроники — так их проще встраивать в разные приборы.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что новый миниатюрный датчик поможет сделать квантовые компьютеры мощнее.