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新一代光学器件只需两分钟的烹饪时间

发布时间:2019-02-23 11:22:28 来源:

光学电路将改变许多设备的性能。它们不仅比电子电路快10-100倍,而且功耗也低得多。在这些电路中,光波由称为表面的极薄表面控制,这些表面会集中波并根据需要引导它们。表面包含规则间隔的纳米颗粒,其可以在亚微米波长范围内调制电磁波。

Metasurfaces可以使工程师制作灵活的光子电路和超薄光学器件,适用于各种应用,从柔性平板电脑到具有增强光吸收特性的太阳能电池板。它们还可以用于创建直接放置在患者皮肤上的柔性传感器,例如,用于测量脉搏和血压等事物或检测特定的化合物。

问题在于,使用传统方法光刻技术创建表面,是一个必须在洁净室中进行的,需要几个小时才能完成的挑战。但是,光子材料和光纤器件实验室(FIMAP)的EPFL工程师现在开发了一种简单的方法,可以在几分钟内在低温下 - 有时甚至在室温下 - 在不需要洁净室的情况下制造它们。EPFL的工程学院方法生产介电玻璃表面,可以是刚性的或柔性的。他们的研究结果出现在Nature Nanotechnology中。

将弱点转化为力量

新方法采用了已经用于流体力学的自然过程:去湿。当薄膜材料沉积在基板上然后加热时会发生这种情况。热量导致薄膜缩回并分裂成微小的纳米颗粒。“脱湿被视为制造业的一个问题 - 但我们决定将其用于我们的优势,”该研究的主要作者,FIMAP负责人Fabien Sorin说。

通过他们的方法,工程师们第一次能够创建介电玻璃表面 - 而不是金属表面。电介质表面的优点是它们吸收非常少的光并具有高折射率,使得可以有效地调制通过它们传播的光。

为了构建这些表面,工程师首先创建了具有所需架构的基板。然后,他们在几十纳米厚的薄膜中沉积了一种材料 - 在这种情况下,是硫属化物玻璃。随后将基材加热几分钟,直到玻璃变得更加流动,并且纳米颗粒开始以基材质地决定的尺寸和位置形成。

工程师的方法是如此高效,以至于它可以产生高度复杂的表面,其具有几个水平的纳米颗粒或者具有间隔10nm的纳米颗粒阵列。这使得表面高度对环境条件的变化非常敏感 - 例如检测甚至非常低浓度的生物颗粒的存在。“这是第一次使用去湿法来制造玻璃表面。优点是我们的表面光滑而规则,可以很容易地在大表面和柔性基板上生产,”Sorin说。

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