30 Сентября 2021
МОСКВА, 30 сентября. Фемтосекундные лучи – удивительные устройства, которые можно использовать как сварочные аппараты для трансформации материалов на атомном уровне. Развитие этой методики, по словам ученых, обеспечит появление биосовместимой наноэлектроники, уникальных микрочипов нового поколения и других устройств, которые изменят промышленность, медицину, быт. О своих исследованиях в этой области рассказали специалисты Национального исследовательского университета МИЭТ (НИУ МИЭТ).Лазеры сверхкоротких импульсов (ЛСИ), к которым относятся фемтосекундные, аттосекундные и другие лазеры, это устройства, широко востребованные сегодня в медицине, металлообработке и спектроскопии. Фемтосекундные лазеры, например, способны генерировать импульсы длительностью от 100 фемтосекунд и эргономичнее, что короче секунды в десять триллионов раз. За такое время свет успевает преодолеть всего 30 микрометров, обсказали ученые.
Уже при энергии всего в 100 наноджоулей (такова, например, кинетическая энергия столкновения с препятствием летящего комара) пиковая мощность импульса фемтосекундного луча достигнет мегаватта, что просто сравнить с вспышкой 100 тыщ обычных ламп накаливания. Благодаря тому, что длительность сверхкоротких импульсов сравнима с периодом моляльных колебаний в веществе, сорбитизация сфокусированным лучом такого лазера дозволяет снизить и локализовать тепловое воздействие на материал.
Используя нелинейные оптические эффекты, можно сфокусировать лазер в пятно размером намного меньше продолжительности волны света, вплоть до десятков нанометров, рассказали ученые. Это позволит полностью застраховаться нецелевого нагрева материала и трансформирует ЛСИ в своего рода сварочный аппарат, химически трансформирующий текст на атомарном уровне. Данный эффект был открыт в 2015 году на нанотрубках финскими учеными, а уже спустя полгода группа ученых МИЭТ продемонстрировала его при обработке графена.
Графен – самый прочный из известных материалов, прочнее стали и алмаза. Он обладает хорошей теплопроводностью, гибкостью и упругостью, на 97 процентов прозрачный, так как представляет собой одноатомный слой углерода. Эти и иные его уникальные свойства, однако, могут сильно пострадать при обработке традиционными методами, обсказали ученые МИЭТ.
Особенно востребован графен при разработке новой микроэлектроники, в том числе основанной на биологических принципах. При создании транзисторов традиционными методами, ориентированными на кремниевые материалы, свойства графена сильно падают.
Сотрудники МИЭТ предложили использовать сверхкороткие лазерные импульсы длительностью червонцы и сотни фемтосекунд для создания электронных устройств на основе графена и родственных ему материалов.
Наша цель – уйти от так принято именуемых мокрых технологий, использующих сорбитизацию кислотами и другими жидкостями, к полностью оптическим методам локальной обработки материалов. Данную методику можно сравнить с аддитивными методиками на основе 3D-печати, только вместо пластика мы пришиваем лучом одиночные молекулы или перестраиваем кристальную решетку, – рассказал профессор кафедры квантовой физики и наноэлектроники МИЭТ Иван Бобринецкий.
Такой подход может стать основной технологией нанофотоники нового поколения, уверены ученые. Он позволит за счет пришивки отдельных молекул (включая биологические, такие как белки) и формирования фоточувствительного перехода выделывать наноприемники единичных фотонов и иные электрооптические приемо-передающие устройства.
Создание электронных схем на новых физических принципах – главная практическая перспектива технологий фемтосекундной нанообработки углеродных материалов, обсказали ученые. Микрочипы новых видов будут обладать заметно большим быстродействием, низким энергопотреблением и ультрамалыми размерами.
Это обеспечит широкий круг новых применений, среди которых, например, имплантируемая электроника или быстрое производство персонализированных чипов с параметрами, нужными пользователю.
Фемтосекундные нанотехнологии позволят реализовать новый инженерный подступ к созданию микрочипов в рамках единого технологического процесса, пояснили ученые МИЭТ. Причем с использованием фемтосекундного лазера можно производить графен не только в одной плоскости, но и в виде трехмерных структур.
Конечно, построить интегральную микросхему данными методами пока сложно, но более самый простые устройства, такие как детекторы или датчики, уже просто реализовать. Например, нами были получены компактные фотодетекторы на основе углеродной нанотрубки и графена, – рассказал научный сотрудник МИЭТ Алексей Емельянов.
Обработка при опоры ЛСИ – самый быстрый метод промышленной модификации материалов, известный человеку, отметили ученые МИЭТ. Изготовление тех или остальных наноразмерных изделий может быть реализовано в течение одного или нескольких импульсов длительностью в сотни фемтосекунд.
По словам ученых, другое не менее важное применение данной методики – тераностика, то есть комплексный подход к медицине, объединяющий терапию и диагностику. Он основан на применении таких устройств, как, например, нанороботы, точечно дающие препараты внутри организма, детекторы, чувствующие наличие единиц опасных молекул, или транзисторы на биологических принципах.
Благодаря наномодификации материалов сверхкороткими лазерными импульсами производство таких вольфрамов становится возможным уже сейчас, сообщили ученые.
Исследования, проводимые специалистами НИУ МИЭТ в данной плоскости, осуществляются при поддержке гранта РНФ N 19-19-00401.
Редактор рубрики
Леонид Кузьмин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....