211service.com
Technika modelowania diamentów może przekształcić fotonikę
Jedną z technologii wspomagających naszych czasów jest fotolitografia, proces, który tworzy wzory na powierzchni materiałów takich jak krzem, dwutlenek krzemu i inne elementy urządzeń mikroelektronicznych.
Trudno przecenić wagę tej techniki. Prawie wszystkie mikroczipy są z niego wykonane, więc owoce tego wynalazku przenikają nasz świat.
Teraz informatycy zaczęli szukać poza krzemem nowej generacji chipów i innych. A jednym z najbardziej ekscytujących materiałów, które badają, jest diament.
Ale jest problem. Wytwarzanie urządzeń z diamentu to trudny biznes ze względu na jego odporność chemiczną. Fotolitografia po prostu nie działa.
Zamiast tego fizycy mogą rzeźbić powierzchnię diamentu tylko przy użyciu wysokoenergetycznych procesów, takich jak ablacja laserowa o dużej mocy i bombardowanie jonami. A te często niszczą powierzchnię i wszystko, co się na niej znajduje.
To, czego potrzebują, to proces, który wytwarza wzory na powierzchni diamentu tak łatwo, jak robi to fotolitografia z krzemem.
Dziś Aiden Martin i jego kumple z University of Technology w Sydney w Australii twierdzą, że opracowali taką technikę. Znaleźli sposób na wytwarzanie struktur z diamentu przy użyciu techniki niskoenergetycznej, która nie uszkadza powierzchni ani nie niszczy pobliskich struktur.
Nowa technika jest stosunkowo prosta. Polega na tym, że cząsteczki wody mają tendencję do przylegania do powierzchni diamentu. Martin i spółka rozbijają następnie cząsteczki wody za pomocą elektronów o niskiej energii, tworząc rodniki wodorowe i tlenowe. Rodniki tlenowe są tak reaktywne, że wyrywają cząsteczki węgla z kryształu diamentu, tworząc tlenek węgla.
Rezultatem jest niskoenergetyczny proces, który stosunkowo delikatnie usuwa atomy węgla. Stworzenie wzoru na powierzchni diamentu jest wtedy po prostu kwestią znalezienia sposobu na zapobieganie przyleganiu cząsteczek wody do powierzchni diamentu lub zablokowania działania elektronów w określonym kształcie.
Martin i współpracownicy demonstrują swoją technikę przy użyciu maski krzemionkowej umieszczonej na powierzchni diamentu, która blokuje przechodzenie elektronów o niskiej energii. Następnie umieszczają diament w atmosferze pary wodnej, a następnie skanują wiązkę elektronów o niskiej energii nad odsłoniętą powierzchnią, aby usunąć diament.
Wyniki są imponujące. Zespół stworzył diamentowe filary, wyrzeźbił wzory na diamentowych powierzchniach, a nawet napisał słowa na powierzchniach nanodiamentowych pod kątem do wiązki elektronów.
To ma wiele potencjalnych zastosowań. Jak twierdzą Martin i współpracownicy, wytrawianie chemiczne indukowane elektronami toruje drogę do przełomowej technologii nanoprodukcji diamentu.
Jedną z najbardziej ekscytujących możliwości jest informatyka kwantowa, w której kluczowa jest umiejętność manipulowania pojedynczymi fotonami. Jest to możliwe w przypadku diamentu dzięki zjawisku zwanemu luminescencją wakansu azotu, w którym atom azotu jest zastępowany w strukturze diamentu zamiast węgla.
Ponieważ azot ma o jeden elektron mniej w swojej zewnętrznej powłoce, tworzy wakat w krysztale. Można to wykorzystać do wszystkiego, od produkcji fotonów po wykrywanie pól magnetycznych lub elektrycznych, wszystko w temperaturze pokojowej.
Dzięki nowej technice nagle staje się możliwe wytwarzanie wszelkiego rodzaju konstrukcji zawierających w sobie centra wakatu azotu. Jest to pierwszy krok w kierunku renderowania trójwymiarowych geometrii monokryształowego diamentu dla wysokowydajnych urządzeń fotonicznych, czujnikowych i kwantowych, mówią Martin i spółka.
Zespół nazywa swoją nową technikę trawienia indukowanego wiązką elektronów lub EBIE. Oczekuj, że usłyszysz o tym dużo więcej.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1403.4067 : Subtraktywny druk 3D optycznie aktywnych struktur diamentowych