Massiliselt toodetakse suuri metaleene – Physics World

Alates prillidest kuni kosmoseteleskoopideni – läätsed mängivad ülitähtsat rolli tehnoloogiates, mis ulatuvad igapäevasest tipptasemeni. Kuigi traditsioonilised refraktsiooniläätsed on optika põhiline ehitusplokk, on need mahukad ja see võib piirata nende kasutamist. Metallenses on palju õhemad kui tavalised läätsed ja viimase kahe aastakümne jooksul on nende seadmete potentsiaali valgustatud palju, mis on paljulubav alternatiiv.

Metalensid on õhukesed struktuurid, mis on valmistatud "meta-aatomite" massiividest, mis on valguse lainepikkusest väiksemate mõõtmetega motiivid. Just need metaaatomid interakteeruvad valgusega ja muudavad selle levimissuunda.

Erinevalt tavalistest refraktsiooniläätsedest võivad metalleenid olla alla ühe mikroni paksused, vähendades optiliste süsteemide üldist mahtu. Need võivad pakkuda ka ideaalset difraktsioonipiiranguga teravustamisjõudlust, vältides samal ajal mõningaid murdumisläätsedega seotud probleeme, nagu aberratsioonid.

Selle tulemusel näitavad metaleenid suuri lubadusi optiliste seadmete kokkutõmbumisel, mis võivad olla kasulikud paljudes rakendustes alates parematest mobiiltelefonikaameratest kuni vähem mahukate kantavate ekraanideni. Kuid nende keeruka disaini ja materjalinõuete tõttu ei ole metallmaterjalid veel jõudnud masstootmiseni mõistliku teostatavuse ja kuludega. Nüüd on Lõuna-Korea Pohangi teaduse ja tehnoloogia ülikooli (POSTECH) teadlaste meeskond eesotsas Junsuk Rho, on välja töötanud uue meetodi sadade sentimeetrite suuruste metalleenide valmistamiseks korraga. aastal avaldatud artiklis Nature Materials, kirjeldavad nad, kuidas nad kasutasid mitut erinevat litograafiatehnikat ja hübriidmaterjale, et luua kuvarites ja virtuaalreaalsuse (VR) seadmetes kasutatavaid metalense. Eelkõige näitavad need, kuidas nanoimprint litograafia või nanotemplid võivad pakkuda odavat skaleeritavat viisi metaleenide tootmiseks.

Kui optikas kasutatakse tavalisi pakse läätsi, murdub valgus õhu ja läätse materjali vahel liikudes ja vastupidi. Just see murdumine muudab valguse teekonda ja seetõttu on valguse juhtimise aluseks läätse kuju ja selle murdumisnäitaja.

Murdumisnäitaja ja kuju on metaleenides endiselt olulised. Kuid kuna metaleen on makroskoopiliselt tasane, määravad metaaatomite kuju ja koostis seadme optilised omadused.

Meeskonna hübriid-meta-aatomid on valmistatud titaanoksiidiga kaetud vaigust, mis on valatud erineva suurusega klaassubstraatide pinnale, nagu on näidatud joonisel “Ekraanil”. Meta-aatomid on 900 nm pikad, 380 nm pikad ja 70 nm laiad. Titaanist kattekihi paksus on vaid 23 nm. Seda tüüpi kõrge eraldusvõimega nanomustrid on traditsiooniliselt kallid ja seda saab kasutada ainult väikeste alade korraga katmiseks.

Ränitehnoloogia kohtub nanostantsimisega

Nüüd on Rho ja tema kolleegid lihtsustanud metallide tootmist, integreerides kolm juba küpset tootmistehnoloogiat. Need on fotolitograafia, nanoimprint litograafia ja aatomkihtsadestamine. Fotolitograafia hõlmab sügav-ultraviolettlaserite kasutamist räniplaatidele mustrite loomiseks. See on elektroonikatööstuses standardtehnika ja seda saab kasutada ka väikesemahuliste metallmaterjalide valmistamiseks. See on aga kallis protsess, mis ei ole metallmaterjalide suuremahuliseks tootmiseks elujõuline.

Selle asemel, et kasutada metallikihtide valmistamiseks sügav ultraviolettfotolitograafiat, kasutas meeskond seda 12 tolli (30 cm) läbimõõduga ja 40 nm eraldusvõimega põhitempli mustrimiseks (vt joonist „Tootmisprotsess”). Templit kasutati meta-aatomi struktuuri pöördväärtuse trükkimiseks pehmest silikoonist valmistatud koopiavormi. Seejärel valati vedel vaik silikoonvormi, kust see enne kivistumist nanosoontesse voolas. See võimaldas meeskonnal samal ajal valmistada sadu metalense (1 cm silindrid joonisel 2). Tõepoolest, skaneeriva elektronmikroskoobi kujutisel näidatud keerukaid pinnastruktuure (vt joonist "Tootmisprotsess") saab teha vähem kui 15 minutiga.

Vaigu murdumisnäitaja on liiga madal, et tagada valguse soovitud juhtimine, mistõttu vaigu peale kanti õhuke titaanoksiidi kiht, et suurendada murdumisnäitajat ja suurendada konstruktsiooni mehaanilist tugevust.

Olgu kerge VR

Nende metalenside potentsiaali demonstreerimiseks integreeris meeskond need prototüübi VR-ekraani. Kaubanduslikud VR-seadmed kasutavad peegeldust või difraktsiooni, et projitseerida virtuaalseid pilte kasutaja silmadesse – ja selle tulemuseks on mahukad seadmed, mis peavad vastama optikale sobivale fookuskaugusele. Nende metallil põhinev VR-ekraan vähendab ülekandepõhist disaini kasutades vahemaad, mille valgus peab läbima. See muudab ekraani kergeks ja mugavaks kanda. Kuigi meeskond katsetas oma ekraani ainult staatiliste piltidega, näitas seade lubadust, luues pilte punase, rohelise ja sinise valgusega; värviliste näidikute ehitusplokid (vt joonist “Prototüüpekraan”).

Meeskond väidab, et nende skaleeritav valmistamismeetod toodab suurema jõudlusega metaleene kui traditsioonilisemate meetoditega valmistatud seadmed. Kuigi arenguruumi on veel palju, avab masstootmises toodetud metallide tulek ukse nende kasutamiseks biosensorites, värviprintides ja hologrammides – aga ka VR-kuvarites.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoAiStream. Web3 andmete luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
• Ostke ja müüge IPO-eelsete ettevõtete aktsiaid koos PREIPO®-ga. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/large-metalenses-are-produced-on-a-mass-scale/