Российские ученые разработали новый простой метод лазерной нанофабрикации, который позволяет изготавливать сенсорные подложки для химических, биологических и экологических исследований, а также получать новые материалы — метаповерхности. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Surface Science.

Метаповерхности — это новые, искусственно создаваемые материалы, призванные управлять электромагнитными волнами различной природы. Они определенным образом изменяют амплитуду или фазу падающего на них света, а также способны контролировать его поляризацию.

Исследователи Физического института им. П.Н. Лебедева (Москва), Института автоматики и процессов управления ДВО РАН/ДВФУ (Владивосток) и Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева разработали технологию лазерной нанофабрикации с помощью дифракционных оптических элементов, изготовленных на кварцевых подложках.

По словам ученых, с помощью нового, простого и высоковоспроизводимого метода сверхскоростной лазерной нанофабрикации можно изготавливать различные сенсорные подложки, работающие на эффектах поверхностно-усиленного инфракрасного (ИК) поглощения. Это особенно важно для анализа химических веществ и биопроб во многих сферах науки и жизни.

«Метод позволяет не только экономически эффективно изготавливать различные функциональные метаповерхности, но также и производить их точную характеристику с помощью обычных лабораторных спектроскопических инструментов», — рассказала РИА Новости профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета Светлана Хонина.

Ученые сообщили, что им удалось продемонстрировать высокопроизводительную печать микроотверстий на поверхности тонких пленок золота со скоростью свыше 10⁷ элементов в секунду.

Две ключевые технологии, использованные учеными, — это лазерная абляция (удаление вещества с поверхности лазерным импульсом) тонких металлических пленок и формирование лазерных пучков в виде набора световых пятен.

«Такая абляционная лазерная нанофабрикация с использованием современных импульсных лазерных систем стала относительно дешевой, "чистой» и высокопроизводительной технологией фабрикации наноструктурных сенсорных метапокрытий и метаповерхностей", — рассказала Хонина.

Дифракционные оптические элементы, изготовленные учеными Самарского университета, предоставляют уникальное средство для формирования так называемых структурированных лазерных пучков, что позволяет лучше контролировать процесс лазерной абляции и производить обработку материалов в нужном ключе.

Ученые Самарского университета одними из первых начали заниматься этой проблематикой. Школа дифракционной оптики университета существует более 30 лет под руководством академика РАН Виктора Сойфера. Специалисты с помощью разработанного ими программного обеспечения рассчитали, а затем изготовили дифракционные оптические элементы, позволившие разделить исходный лазерный луч на множество лучей. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

В перспективе исследователи планируют еще больше ускорить и удешевить процесс изготовления метаповерхностей с нужными свойствами и сделать производство различных активных и пассивных оптических элементов и сенсоров более доступным. Для этого они займутся решением задачи выхода на скорость пороговой абляционной нанофабрикации порядка 10⁹ структур в секунду с пространственным разрешением на уровне 1 микрометра.