Sedan tidiga demonstrationer av femtosekundlaser som ett tredimensionellt (3D) bearbetningsverktyg har mikroenheter med spännande optiska, elektroniska, mekaniska och magnetiska funktioner tillverkats, genom vilka nya koncept från 3D kvantfotoniska integrerade kretsar till intelligenta mikrorobotar möjliggörs. .
Mycket ansträngning under det senaste decenniet på detta område har ägnats åt att förbättra tillverkningens rumsliga upplösning, och flera tiotals nanometerstorlekar har rapporterats baserat på multifotonabsorption, utarmning av stimuleringsemissioner, fjärrfältsinducerad närfältsförbättring och fotoexcitation- inducerade kemiska bindningseffekter. Ändå kräver avancerade applikationer, såsom enkelelektrontransistorer, singelfotonemitter (SPE), singelatomsminne eller kvantbitsenheter, högre rymdupplösning för tillverkning (mindre än 10 nm, långt över den optiska diffraktionsgränsen).
I en ny artikel publicerad i Light Science &Application , ett team av vetenskapsmän, ledda av professor Hongbo Sun från State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instrument, Tsinghua University, Peking, Kina, och medarbetare har föreslagit och experimentellt demonstrerat tillverkning i nära atomskala med hjälp av en TTL-metod (threshold tracking and lock-in), genom vilken funktionsstorlekar på <5 nm, ~ λ/100, närmar sig kvantgränsen, realiseras.
Genom detta tillvägagångssätt kunde forskare åstadkomma nästan enhetsutbyte av enstaka fotonkällor med hög positionsnoggrannhet och minimal skada på gittret. Dessa enfotonkällor uppvisar hög ljusstyrka, hög emissionsrenhet och hög stabilitet.
Denna atomnära lasertillverkning representerar ett betydande steg framåt inom skalbar kvantfotonisk teknik. Forskarna sammanfattar principen för TTL-teknik:
"Tanken är att använda de extra laserpulserna (sondljus) för att exakt spåra om skada i atomär eller nära atomär skala inträffar under den initiala pulsen (tillverkningsljus). Den inneboende skadetröskeln för målmaterialet är exakt låst. Det är värt nämner att denna återkopplingsmetod inte beror på instrumentets detekteringskänslighet och kan exakt låsa den inneboende skadatröskeln för målmaterialet för lasertillverkning i nanoskala."
"Vi visade att laserns tillverkningsnoggrannhet i detta arbete har nått kvantgränsen, vilket är en ny milstolpe efter den optiska diffraktionsgränsen. När laserenergin närmar sig tröskeln för skador i nära atomär skala, behöver inte laserablationen av enskilda atomer nödvändigtvis förekommer i den fokuserade fläckens geometriska centrum."
"Detta beror på att, i detta gränstillstånd, kommer gradienten som tillhandahålls av laserenergin (toppen av den Gaussiska fördelningen) att vara mycket platt. Nedbrytningsområdet som definieras av laserenergigradienten kommer att misslyckas, och lokal atomär ablation kommer att inträffa slumpmässigt i en viss region (~ några nanometer, det specifika värdet är relaterat till målmaterialet), som kommer att domineras av positionen och energifluktuationerna för lokala elektroner, snarare än effekttäthetslutningen för den infallande lasern."
"Genom TTL-tekniken kunde tillverkningen av enstaka fotonkällor med nanoskala positioneringsprecision realiseras. Samtidigt uppvisar dessa enstaka fotonkällor utmärkta egenskaper inklusive hög ljusstyrka (avger nästan tio miljoner fotoner per sekund), hög emissionsrenhet och hög emissionsrenhet stabilitet."
"Detta resultat tyder på den höga potentialen hos lasertillverkning i nära atomskala för tillämpning av kvantanordningar."
Mer information: Xiao-Jie Wang et al, Lasertillverkning av rumslig upplösning som närmar sig kvantgränsen, Light:Science &Applications (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01354-5
Tillhandahålls av TranSpread
