Российские ученые с помощью запатентованной ими же технологии смогли создать серебряные пленки, свойства которых со временем не только не ухудшаются, но даже становятся лучше. Исследование опубликовано в журнале Coatings. Серебро и золото — два материала, которые наиболее востребованы в оптике и плазмонике. Их используют для создания интегральных плазмонных устройств, элементов вычислительных систем и разных функциональных покрытий.

Серебро стало востребовано в этих областях благодаря своим физическим свойствам — оно имеет самые низкие оптические потери в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. Но у него есть и недостаток. Свойства серебра значительно ухудшаются с течением времени. Но если от этой проблемы избавиться, то серебро станет еще более эффективным материалом, поэтому ученые активно работают над вопросом.

Российские исследователи из НОЦ «Функциональные микро/наносистемы» МГТУ имени Н.Э. Баумана и Института теоретической и прикладной электродинамики РАН исследовали монокристаллические пленки серебра толщиной от 25 до 70 нм, которые были нанесены на кремниевые подложки. Они использовали методы спектроскопической эллипсометрии, сканирующей электронной микроскопии сверхвысокого разрешения и стилусной профилометрии. С их помощью ученые исследовали строение поверхности металла, его кристаллическую структуру и оптические характеристики.

Через 7–19 месяцев пленки начали портиться и на них стали возникать дефекты. При этом ученые не обнаружили в образцах химических связей между серебром и активными элементами, такими как AgCl, Ag₂S, Ag₂O, Ag₂CO₃. Это свидетельствовало о том, что причины деградации пленок заключаются не в этом.

Главную роль в процессе играет уровень шероховатости металлов, количество дефектов на их поверхности и наличие внутренних остаточных напряжений, которые появились во время роста структуры.

Наиболее успешными и стабильными с точки зрения сохранения свойств оказались пленки монокристаллического серебра толщиной 35–50 нм, осажденные по запатентованной в НОЦ ФМН SCULL-технологии. Ученые также доказали, что эти пленки со временем не просто не портятся, но даже становятся лучше и улучшают свою структуру вместе с изменением морфологии поверхности.

«SCULL-технология позволяет нам создавать практически структурно идеальные тонкие пленки металлов с шероховатостью поверхности на уровне диаметра атома самого материала — 90–200 пикометров. Такая структура обеспечивает не только уникальные свойства металла, но и его стабильность с течением времени. Нам удалось справиться с одним из недостатков серебра — быстрым «старением», а значит, повернуть время вспять и создать сверхкачественный материал для применения в области нанофотоники, оптики, квантовых вычислений и коммуникаций», — отметил один из исследователей, директор НОЦ ФМН Илья Родионов.

Результаты исследования позволяют ученым предложить способ изменения характеристик металлических тонких пленок, который связан с распределением внутренних напряжений и склонностью серебряных слоев к несмачиванию поверхности и образованию капель.