Фотоника становится гибкой

Бабочко-образные наноструктуры на поверхности тонких полимерных пленок, созданные учеными при помощи новой методики.

Исследователи из США нашли способ создания наноструктур на широком спектре гибких подложек, базирующийся на методике трафаретной литографии. Высокая производительность предложенной техники, включающей в себя всего один производственный этап, позволяет надеяться на то, что в будущем она станет базой для создания инновационных фотонных устройств, которые, к примеру, могут быть обернуты вокруг других объектов. По мнению ученых, среди наиболее перспективных сфер применения – медицинская визуализация и мониторинг окружающей среды.

В последнее десятилетие ученые добились значительных успехов в области создания гибких электронных компонент.

Подобные устройства нашли множество практических применений, к примеру, в дисплеях, своей гибкостью напоминающих бумагу, при создании искусственной человеческой кожи, устройств для мониторинга работы мозга в режиме реального времени и электронных схем, заменяющих глаза. Но фотоника в этой сфере несколько отстает от электроники. В первую очередь подобное отставание связано с тем, что ученые испытывают сложности с формированием нужных фотонике структур в наномасштабе. К сожалению, традиционные методики создания наноструктур на подложке (такие как электронно-лучевая или ионная литография) не позволяют работать с гибкими и искривленными основаниями. Так называемые «мягкие» методики литографии, хорошо адаптированные для применения в наноэлектронике, имеют ограниченное пространственное разрешение, соответственно, они не могут обеспечить затребованную точность в тех масштабах, которые необходимы для фотонных устройств.

Для решения этой проблемы команда ученых из Boston University (США) использовала методику, попавшуюся им на глаза при изучении нанофотонных и плазмонных полей, – методику наношаблонной литографии.

Плазмоника – относительно новая отрасль фотоники, в которой разрабатываемые устройства для своего функционирования используют как электроны, так и фотоны. Ранее исследователи, работающие в данной области, уже показали, что шаблонная техника (а точнее, метод наношаблонной литографии) подходит для формирования наноструктур, подходящих для плазмоники, на твердых поверхностях, таких как стекло, кремний или фторид кальция. Исследования показывали, что устройства, сделанные при помощи этой техники, ничем не уступают по своим свойствам устройствам, созданным «по старинке» при помощи метода электронно-лучевой литографии.

Группа ученых из США первой заявила о том, что такая же технология может использоваться для формирования повторяющихся наноструктур на гибких поверхностях. Подробные результаты их работы были опубликованы в журнале Advanced Materials. В качестве доказательства своего утверждения ученые уже воплотили плазмонные антенные решетки на нетрадиционных для плазмоники поверхностях, включая тонкие полиэтиленовые пленки, PDMS (полимер, широко используемый в микро- и нанофлюидике) и био-совместимый полимер parylene-C. Все три материала, использовавшихся в качестве подложек в проведенных экспериментах, технологически важны, т.к. они могут выдерживать большое механическое напряжение, не повреждая наноструктуры, расположенные на их поверхности.

Важное достижение ученых заключается в том, что им удалось превзойти существовавшее ранее ограничение для разрешения наношаблонной литографии, создав структуры с острыми краями (аналогичные тем, что могут быть созданы при помощи электронно-лучевой литографии) на поверхности PDMS с разрешением менее 10 нм. Полученная плазмонная антенна оказалась настраиваемой, т.е. частоту резонанса можно настраивать прямо во время использования наноструктуры за счет приложения механического напряжения к подложке.

Также в рамках исследования было показано, что сходная методика может использоваться для литографии на изогнутых поверхностях. Шаблон для такой литографии ученые предлагают создавать на базе гибкой подложки, что позволяет перенести его потом на любую кривизну поверхности.

Источник