Suuria metallienseitä tuotetaan massamittakaavassa – Physics World

Silmälaseista avaruusteleskooppeihin linsseillä on keskeinen rooli teknologioissa, jotka vaihtelevat arkipäiväisestä huippuunsa. Vaikka perinteiset taittolinssit ovat optiikan perusrakennuspalikka, ne ovat tilaa vieviä ja tämä voi rajoittaa niiden käyttöä. Metallisit ovat paljon ohuempia kuin perinteiset linssit, ja viimeisen kahden vuosikymmenen aikana näiden laitteiden potentiaaliin on loistettu runsaasti valoa, mikä kimaltelee lupaavana vaihtoehtona.

Metaleenit ovat ohuita rakenteita, jotka on tehty "metaatomien" ryhmistä, jotka ovat valon aallonpituutta pienempiä motiiveja. Nämä metaatomit ovat vuorovaikutuksessa valon kanssa ja muuttavat sen etenemissuuntaa.

Toisin kuin perinteiset taittolinssit, metallilasit voivat olla alle yhden mikronin paksuisia, mikä vähentää optisten järjestelmien kokonaistilavuutta. Ne voivat myös tarjota ihanteellisen diffraktiolla rajoitetun tarkennussuorituskyvyn välttäen samalla joitain taitekykyisiin linsseihin liittyviä ongelmia, kuten poikkeavuuksia.

Tämän seurauksena metallilasit osoittavat suurta lupausta kutistuville optisille laitteille, jotka voivat olla hyödyllisiä useissa sovelluksissa paremmista matkapuhelinkameroista vähemmän tilaa vieviin puettaviin näyttöihin. Monimutkaisen suunnittelunsa ja materiaalivaatimustensa vuoksi metallien ei kuitenkaan ole vielä saavutettu massatuotantoa kohtuullisella toteutettavuudella ja kustannuksilla. Nyt Etelä-Korean Pohangin tiede- ja teknologiayliopiston (POSTECH) tutkijaryhmä, jota johtaa Junsuk Rho, on kehittänyt uuden menetelmän satojen senttimetrien kokoisten metallilevyjen valmistukseen kerralla. Vuonna julkaistussa paperissa Luonto Materiaalit, he kuvaavat, kuinka he käyttivät useita erilaisia ​​litografiatekniikoita ja hybridimateriaaleja metallien luomiseen näytöissä ja virtuaalitodellisuuslaitteissa. Erityisesti ne osoittavat, kuinka nanoimprint-litografia tai nanoleimat voivat tarjota edullisen skaalautuvan tavan valmistaa metaleenia.

Kun optiikassa käytetään tavanomaisia ​​paksuja linssejä, valo taittuu kulkiessaan ilman ja linssimateriaalin välillä ja päinvastoin. Juuri tämä taittuminen muuttaa valon kulkua ja siksi linssin muoto ja taitekerroin ovat valon hallinnan perusta.

Taitekerroin ja muoto ovat edelleen tärkeitä metallienseissä. Mutta koska metaleeni on makroskooppisesti litteä, meta-atomien muoto ja koostumus määrittelevät laitteen optiset ominaisuudet.

Ryhmän hybridi-metaatomit on valmistettu titaanioksidilla päällystetystä hartsista, joka on valettu erikokoisten lasisubstraattien pinnalle, kuten kuvassa "Näytössä". Metaatomit ovat 900 nm korkeita, 380 nm pitkiä ja 70 nm leveitä. Titaanioksidipinnoite on vain 23 nm paksu. Tämäntyyppinen korkearesoluutioinen nanokuviointi on perinteisesti kallista ja sitä voidaan käyttää vain pienten alueiden peittämiseen kerralla.

Piiteknologia kohtaa nanoleimauksen

Nyt Rho ja kollegat ovat yksinkertaistaneet metallien tuotantoa integroimalla kolme jo kypsää valmistustekniikkaa. Näitä ovat fotolitografia, nanojälkilitografia ja atomikerrospinnoitus. Fotolitografiassa käytetään syvä-ultraviolettilasereita kuvioiden luomiseen piikiekkoille. Tämä on standarditekniikka elektroniikkateollisuudessa ja sitä voidaan käyttää myös pienimuotoisten metallien valmistukseen. Se on kuitenkin kallis prosessi, joka ei sovellu metallien laajamittaiseen valmistukseen.

Sen sijaan, että metallien valmistukseen olisi käytetty syvää ultraviolettifotolitografiaa, työryhmä käytti sitä kuvioimaan pääleiman, jonka halkaisija oli 12 tuumaa (30 cm) ja jonka ominaisuusresoluutio oli 40 nm (katso kuva "Tuotantoprosessi"). Leimaa käytettiin painamaan metaatomirakenteen käänteiskappale pehmeästä silikonista valmistettuun kopiomuottiin. Nestemäinen hartsi kaadettiin sitten silikonimuottiin, josta se virtasi nanouriin ennen kovettumista. Tämän ansiosta tiimi pystyi valmistamaan satoja metallilevyjä (1 cm:n sylinterit kuvassa 2) samanaikaisesti. Pyyhkäisyelektronimikroskoopin kuvassa näkyvät hienostuneet pintarakenteet (katso kuva "Tuotantoprosessi") voidaan todellakin valmistaa alle 15 minuutissa.

Hartsin taitekerroin on liian alhainen antamaan haluttua valon hallintaa, joten hartsin päälle kerrostettiin ohut kerros titaanioksidia taitekertoimen lisäämiseksi sekä rakenteen mekaanisen lujuuden lisäämiseksi.

Olkoon kevyt VR

Osoittaakseen metallilasiensa potentiaalin tiimi integroi ne prototyyppiin VR-näyttöön. Kaupalliset VR-laitteet käyttävät heijastusta tai diffraktiota virtuaalisten kuvien projisoimiseksi käyttäjän silmiin – ja tämä johtaa tilaa vieviin laitteisiin, joiden on mahduttava optiikalle sopiva polttoväli. Niiden metallipohjainen VR-näyttö vähentää valon kulkemaa matkaa käyttämällä lähetyspohjaista rakennetta. Tämä tekee näytöstä kevyen ja mukavan käyttää. Vaikka tiimi testasi näyttöään vain staattisilla kuvilla, laite osoitti lupaavuutta luomalla kuvia punaisella, vihreällä ja sinisellä valolla; kaikki värinäyttöjen rakennuspalikoita (katso kuva "Prototyyppinäyttö").

Tiimi sanoo, että heidän skaalautuva valmistusmenetelmänsä tuottaa tehokkaampia metallienseitä kuin perinteisemmillä menetelmillä valmistetut laitteet. Vaikka edistymisen varaa on vielä paljon, massatuotettujen metaleenien tulo avaa oven niiden käyttöön biosensoreissa, väritulostuksessa ja hologrammeissa – sekä VR-näytöissä.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Osta ja myy osakkeita PRE-IPO-yhtiöissä PREIPO®:lla. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/large-metalenses-are-produced-on-a-mass-scale/