Tänapäevases kaugsides kannab valgus digitaalset informatsiooni kilomeetrite taha vaid sekunditega. Kohandatud optilised materjalid kontrollivad valgussignaale. Teadlased Berliini, Louvain’i ja Karlsruhe Tehnoloogia Instituutidest esitavad ajakirjas Advanced Functional Materials meetodit footonkristallide tootmiseks. Nende optilised omadused on paika pandud mikromeetri suuruste struktuuridega. Antud meetod on kiire, odav ja lihtne ning kasutab osaliselt iseorganiseeruvuse printsiipi.
Sügaval räni pinna all toodab SPRIE(järjestikune passiveerimine ja reakiivne ioonsöövitamine) meetod tavalisi mikromeetri suuruseid struktuure, mis murravad valgust.
„Materjalide optilisi omadusi saab oluliselt mõjutada spetsiifiliste struktuuride loomisega.“ seletab Andreas Frölich Karlsruhe Tehnoloogia Instituudist. Räni kasutatakse komponendina näiteks kaugside filtrites või peegeldajana. Seni on kõik need komponendid olnud kahemõõtmelised. Kasutades kolmemõõtmelisi koostisosi on võimalik luua midagi uudset. Räni struktureerimiseks vajalik väljaminek on väga suur. Struktuur peab olema väga korrapärane kõigis kolmes ruumisuunas ning detailide mõõtmed peavad olema mikromeetri lähedased, mis vastab sajandikule juuksekarva paksusest.
„ Meie uus SPRIE tootmisviis kasutab juba väljakujunenud tehnoloogiaid, nagu söövitamine ja uuenduslikke meetodeid nagu iseorganiseerumine ning kombineerib neid väga looval viisil,“ ütleb Martin Wegener, Rakendufüüsika Instituudi ja KIT-i Nanotehnoloogia Instituudi professor ning funktsionaliseeritud nanostruktuuride DFG keskuse koordinaator. SPRIE meetodit kasutatakse suurte räni alade struktureerimiseks lihtsal kolmedimensionaalsel viisil. Esiteks kantakse räni pinnale mikromeetri suuruste sfääridega lahus. Pärast metalli sadestamist ning sfääride eemaldamist jääb räni pinnale kärgjas söövitusmask.
„Söövitusmask on meie kahemõõtmeline šabloon kolmemõõtmelise struktuuri konstrueerimiseks,“ ütleb Frölich. Kasutades elektrivälja pannakse gaasiosake söövitama ainult sügavusse või kõigis suundades võrdselt. „Lisaks saame me kanda aukude seintele passiivkatte, mis kaitseb polümeerkihi abil edasise söövitamise eest.“
Korduv söövitamine ja passiveerimine paneb söövitusmaski augud süvenema kuni 10 mikromeetrini, nende sügavus ületab laiuse rohkem kui kümnekordselt. Protsessi samme ja elektrivälja kohandatakse täpselt, kontrollimaks seinte struktuuri. Lihtsa vertikaalselt sujuvate seintega augu asemel tekitab iga söövitusetapp sfäärilise, kaardus seinaga lohu. See kumerus on aluseks korrapärastele korratud struktuuridega lainejuhtidele. „Optiline side toimub 1,5 µm lainepikkusel. Meie söövitusmeetodiga tekitatakse mööda seina mikromeetri ulatuses kurrutatud struktuur.“ Pind lähestikku paiknevate sügavate struktureeritud aukude juures käitub tavalise kristallinna, mis murrab valgust soovitud moel.
SPRIE (Sequential Passivation and Reactive Ion Etching) meetodiga on võimalik toota footonkristall mõne minutiga, kuna see põhineb traditsioonilistel tööstuslikel protsessidel. Põhimõtteliselt saab räni sisse kolmemõõtmelist struktuuri tekitada vabalt valitud maski abil. See loob uusi võimalusi, et täita telekommunikatsioonis kasutatavatele optikakomponentidele esitatud nõudmisi. Saadaval on erineva disainiga footonkristalle. Mõningaid kasutatakse lainejuhtidena, millel on väga väike kumerusraadius ja väikesed kaod, või eriti väikeste lainepikkuste vahemikuga optiliste filtrite ja multiplekseritena( wiki.ee). Mõnekümne aasta pärast võib olla võimalik toota elektri asemel valgusega töötavaid arvuteid. Lisaks KIT-le osalesid arenduses ka Belgia Louvian’i katolik ülikool ja Berliini Humboldti Ülikool.
Allikas: phys.org
Leave a Reply