Новую технологию создания элементов для устройств отображения информации предложили ученые НИУ МИЭТ в составе научного коллектива разработчиков. По их словам, использование лазерных импульсов ускорит и удешевит производство метаповерхностей для дисплеев нового поколения и различных оптических систем. Результаты исследования опубликованы в Applied Surface Science.
Метаповерхностями называют структуры с периодическим рисунком (структурой), которые могут управлять электромагнитными волнами, в частности светом. В качестве основы могут быть использованы диэлектрические, металлические, а также фазопеременные материалы. Последние способны изменять фазовое состояние, и, как следствие, свойства в зависимости от внешнего излучения, рассказали в Национальном исследовательском университете МИЭТ (НИУ МИЭТ).
На базе метаповерхностей из фазопеременного материала GST (соединения системы германий-сурьма-теллур) ученые разрабатывают новые компактные устройства, которые могут отображать информацию при помощи световых волн. К таким относятся ультратонкие дисплеи, некоторые гарнитуры дополненной и виртуальной реальности, а также голографические проекторы, уточнили в НИУ МИЭТ.
Однако процесс наноструктурирования поверхности пленки для превращение ее в многофункциональную поверхность до сих пор происходит по трудоемкой и затратной технологии литографии. Так, необходимое изображение метаповерхности сначала нужно создать на шаблоне (маске), а потом перенести на объект в выбранном разрешении, отметили в вузе.
Для сокращения затрат на структурирование пленок, а также ускорения этого процесса НИУ МИЭТ, ИОНХ РАН, МФТИ, ФИАН РАН и РГПУ им. А.И.Герцена используют вместо литографии лазерные импульсы.
«С помощью лазерного облучения ультракороткими импульсами возможно создавать упорядоченные наноструктуры на GST быстрее и проще. Для формирования упорядоченной поверхности мы используем предабляционные процессы, то есть которые предшествуют разрушению материала под действием лазера. Основное преимущество решения в том, что импульсы запускают самоорганизацию структур на поверхности, а значит, их не нужно «прорисовывать», – пояснил профессор Института перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ Сергей Козюхин.
Ученый добавил, что в зависимости от интенсивности и/или количества импульсов могут формироваться три разных вида структуры, и наиболее любопытная из них – периодически расположенные наносферы одинакового размера. Это довольно сложные для формирования фигуры, радиус которых может составлять до 150 нм.
Более того, раньше в данных материалах их не удавалось получить без использования дополнительных технологий. Теперь же, кроме лазерной установки и самих пленок, никакого оборудования для получения единообразных наносфер не требуется, отметил Козюхин.
«Проведенные нами расчеты и эксперименты позволяют предположить, что сферы возникают в результате распада расплавленных тонких нитей. При этом увеличение энергии лазерного воздействия вызывает процессы массопереноса, что приводит к превращению цепочек наносфер в периодический рельеф», – отметила один из авторов исследования Татьяна Кункель.
Данная технология позволяет создавать высокоупорядоченные нанолинзы и оптические нанорешетки, которые в дальнейшем предполагается интегрировать в различные оптические системы, в том числе в системы отображения информации.
Исследования выполняются в рамках гранта Российского научного фонда № 22-19-00766 на объектах, сформированных в лаборатории «Материалы и устройства активной фотоники» НИУ МИЭТ при поддержке федеральной программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».