Новую технологию создания элементов для устройств отображения информации предложили учёные 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.

Self-organized structures in thin films of phase-change material upon femtosecond laser excitation: From periodic ordering to ablation

The paper describes a multistage process of surface nanostructuring which precedes the ablation of a Ge₂Sb₂Te₅ thin film under femtosecond laser irradiation. Three forms of surface reconfiguration can be observed depending on the intensity and/or the number of laser pulses, all of them being of different origin. 

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169433223007997?via%3Dihub=

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) учёные 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 плёнки для превращения её в многофункциональную поверхность до сих пор происходит по трудоёмкой 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 плёнок, 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.

Учёный 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 плёнок, никакого оборудования для получения единообразных наносфер не требуется, отметил Козюхин.

«Проведённые нами расчёты 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».

Источник: https://habr.com/ru/news/750302/