Ученые НИУ МИЭТ вместе с коллегами разработали новую технологию создания элементов для устройств отображения информации. По их утверждению, применение лазерных импульсов позволит ускорить и удешевить изготовление метаповерхностей для дисплеев следующего поколения и других оптических систем.
Результаты работы опубликованы в журнале Applied Surface Science. Метаповерхности — это структуры с периодическим рисунком, способные управлять электромагнитными волнами, в том числе светом.
В качестве материалов для таких структур используют диэлектрики, металлы, а также фазопеременные вещества. Последние способны менять фазовое состояние и, соответственно, свои свойства под воздействием внешнего излучения, пояснили в Национальном исследовательском университете МИЭТ.
На базе метаповерхностей из фазопеременного материала GST (сплав германий–сурьма–теллур) исследователи создают новые компактные устройства для визуализации информации с помощью световых волн. К ним относятся ультратонкие дисплеи, некоторые гарнитуры дополненной и виртуальной реальности и голографические проекторы, уточнили в МИЭТ.
Тем не менее процесс превращения тонкой пленки в многофункциональную наноструктурированную поверхность до сих пор выполнялся трудоемкой и дорогой литографической технологией. Сначала нужный рисунок метаповерхности формировали на шаблоне (маске), а затем переносили на изделие в требуемом разрешении, отмечают в университете.
Чтобы снизить затраты и ускорить структурирование пленок, НИУ МИЭТ совместно с ИОНХ РАН, МФТИ, ФИАН РАН и РГПУ им. Герцена предлагают заменить литографию лазерными импульсами.
«Облучение ультракороткими лазерными импульсами позволяет быстрее и проще формировать упорядоченные наноструктуры на GST. Для создания упорядоченной поверхности мы используем предабляционные процессы — те, что предшествуют разрушению материала под действием лазера.
Главное преимущество метода в том, что импульсы запускают самоорганизацию структур на поверхности, то есть их не требуется «вырисовывать», — объяснил профессор Института перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ Сергей Козюхин. По его словам, в зависимости от интенсивности и/или числа импульсов могут образовываться три различных типа структур, и наиболее интересный из них — периодически расположенные наносферы одинакового размера.
Такие формы достаточно сложны для создания: их радиус может достигать 150 нм. Ранее получить их в этих материалах без дополнительных технологий не удавалось.
Теперь же, помимо лазерной установки и самих пленок, для получения однородных наносфер никакого дополнительного оборудования не требуется, отметил Козюхин. «Наши расчеты и эксперименты позволяют предположить, что сферы возникают в результате распада расплавленных тонких нитей.
При этом увеличение энергии лазерного воздействия вызывает процессы массопереноса, в результате чего нитевидные цепочки превращаются в периодический рельеф», — добавил один из авторов исследования.