Физики из Екатеринбурга получили нанопорошок из иттрий-алюминиевого граната методом лазерного испарения. На основе этого порошка с размером частиц порядка 10 нанометров была изготовлена оптическая керамика с высоким коэффициентом пропускания инфракрасного света. В работе, которая будет опубликована в сборнике «Письма в Журнал технической физики» в январе, но уже сейчас доступна на сайте издания, учёные описывают преимущества лазера для получения нанопорошков сложного состава с заданной стехиометрией.

Метод лазерного испарения вещества, также называемый лазерной абляцией или лазерной искрой, основан на удалении вещества с поверхности при её лазерном облучении. Метод делится на несколько этапов: испарение материала с мишени, развитие плазменного факела из частиц облучаемого вещества, осаждение и рост кристаллического материала на подложке. Этот процесс может использоваться для химического анализа веществ, а также в технологиях обработки поверхности и для создания различных наноструктур.

Перспективным является создание с помощью лазерной искры нанопорошков с заданной стехиометрией, то есть с заданным соотношением масс химических элементов, входящих в состав порошка. Основная проблема этой технологии связана с избыточным испарением вещества, поэтому возникает необходимость подбора лазерного излучения с оптимальными характеристиками. Лазер для производства нанопорошка должен обладать высокой мощностью и одновременно коротким импульсом излучения. Сотрудники Института электрофизики Уральского отделения Российской академии наук предложили использовать для этих целей углекислотный лазер, активная среда которого представляет собой газовую смесь с высоким содержанием CO2. Физики Владимир Осипов, Василий Лисенков и Вячеслав Платонов разработали теоретическую модель процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом, которую затем подтвердили экспериментально. Для получения нанопорошка они использовали лазерный комплекс из импульсно-периодического CO2-лазера, испарительной камеры, системы сепарации и улавливания нанопорошка. Лазер излучал импульсы с пиковой мощностью до 10 киловатт и с частотой следования 500 Герц. Мишенью для импульсов служили порошки оксидов иттрия и алюминия с размерами частиц от одного до десяти микрон. В результате абляции исследователи получили аморфный порошок иттрий-алюминиевой окиси (также называемой иттрий-алюминиевым гранатом, так как на макроуровне из этого вещества делают синтетический драгоценный камень). Размер этих частиц составлял 10 нанометров. Скорость производства нанопорошка зависит от энергии излучения. Использование CO2-лазера позволило получать 24 грамма порошка в час.

Чтобы продемонстрировать практическую значимость полученного нанопорошка, исследователи создали из него несколько образцов прозрачной оптической керамики. Такая керамика пропускает 77 процентов излучения инфракрасного диапазона, что делает её перспективной для использования в электронике для создания инфракрасных окон (областей, прозрачных для инфракрасного излучения).