Az MIT kutatói egy forradalmian új eljárást fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi, hogy nanotechnológiai eszközöket hozzanak létre a látható fény manipulálására. A módszer lényege, hogy egy hidrogél anyagban pontosan meghatározott helyeken hoznak létre üregeket, majd az egész szerkezetet az eredeti térfogatának mintegy kétezred részére zsugorítják. Ez a technika, amelyet „implóziós faragásnak” neveztek el, olyan apró részletek kialakítását teszi lehetővé, amelyekkel a fény útja irányítható, és akár optikai számítások is végezhetők.
A kutatók által kifejlesztett eljárás során a hidrogélt először egy fényérzékenyítő festékbe áztatják, majd egy lézer segítségével pontosan meghatározott pontokon gerjesztik a festéket. Ez a folyamat reaktív oxigénfajtákat hoz létre, amelyek elvágják a hidrogélt összetartó kötéseket, így apró üregek keletkeznek. Ezt követően a hidrogélt ionokat tartalmazó oldatba merítik, ami tízszeres zsugorodást eredményez minden dimenzióban. A végső, további zsugorítást és a folyadék eltávolítását szuperkritikus szárítással érik el, így a szerkezet térfogata akár kétezerszeresére csökkenhet.
Mivel a létrehozott mintázatok felbontása kisebb, mint a látható fény hullámhossza (ami 380 és 750 nanométer között van), az eszközök képesek a fényt meghatározott módon megtörni. Ez lehetővé teszi, hogy a nanofotonikus eszközök optikai számításokat végezzenek, ami energiahatékony alternatívát kínálhat a hagyományos félvezető chipekkel szemben. A kutatók egy olyan prototípust is bemutattak, amely képes volt egy egyszerű számjegyfelismerési feladatot elvégezni, pusztán a fény útjának manipulálásával.
Nanoméretű szerkezetek a látható fény szolgálatában
A fotonikus eszközök, amelyek a fényt továbbítják és alakítják, óriási potenciált rejtenek magukban, különösen az optikai számítógépek területén. A meglévő technikák, mint a kétfotonos litográfia, nem képesek elérni a 100 nanométernél kisebb felbontást, ami elengedhetetlen a látható fény csatornázásához. Az elektronnyaláb-litográfia ugyan képes ilyen apró részleteket létrehozni, de csak sík felületeken, háromdimenziós szerkezeteket nem tud előállítani.
Az MIT kutatói a 2018-ban kifejlesztett „implóziós gyártás” koncepcióját továbbfejlesztve alkották meg az „implóziós faragás” módszerét. Ennek lényege, hogy a lézerrel pontosan célzott helyeken hoznak létre üregeket a hidrogélben, amelyek eltérő optikai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a környező anyag. A zsugorítás után ezek az üregek nanométeres méretűvé válnak, így olyan bonyolult háromdimenziós struktúrák hozhatók létre, amelyeket hagyományos eljárásokkal lehetetlen lenne előállítani.
A technika sokoldalúságát bizonyítja, hogy a kutatók különböző háromdimenziós alakzatokat, például spirált és egy pillangószárny által inspirált szerkezetet is létrehoztak. Ezek az alakzatok olyan vékonyak és magas aspektusarányúak, hogy a hagyományos kétfotonos litográfiával nem lehetne őket stabilan elkészíteni. A kutatók egy olyan eszközt is építettek, amely egy egyszerű neurális hálózatként működött, és a fény diffrakciójával képes volt felismerni a bemeneti számjegyeket.
© Credit: Courtesy of the researchers
Forrás: MIT.edu ↗̱
