Diamantmønsterteknik kunne transformere fotonik

En af vor tids muliggørende teknologier er fotolitografi, den proces, der skaber mønstre på overfladen af ​​materialer som silicium, siliciumdioxid og andre komponenter i mikroelektroniske enheder.

Det er svært at overvurdere vigtigheden af ​​denne teknik. Næsten alle mikrochips er lavet ved hjælp af det, så frugterne af denne opfindelse gennemsyrer vores verden.

Nu er dataloger begyndt at se ud over silicium efter den næste generation af chips og dem derudover. Og et af de mest spændende materialer, de undersøger, er diamant.

Men der er et problem. At lave enheder af diamant er en vanskelig forretning på grund af dens kemiske robusthed. Fotolitografi virker simpelthen ikke.

I stedet kan fysikere kun udskære overfladen af ​​diamant ved hjælp af højenergiprocesser såsom højeffekt laserablation og ionbombardement. Og disse ødelægger ofte overfladen og alt på den.

Det, de har brug for indlæst, er en proces, der producerer mønstre på overfladen af ​​diamant lige så let som fotolitografi gør med silicium.

I dag siger Aiden Martin og venner ved University of Technology i Sydney, Australien, at de har udviklet en sådan teknik. De har fundet en måde at fremstille strukturer af diamant ved hjælp af en lavenergiteknik, der ikke beskadiger overfladen eller ødelægger strukturer i nærheden.

Den nye teknik er forholdsvis ligetil. Det er afhængigt af det faktum, at vandmolekyler har tendens til at klæbe til overfladen af ​​diamant. Martin og co bryder derefter vandmolekylerne fra hinanden med lavenergielektroner og skaber brint- og oxygenradikaler. Iltradikaler er så reaktive, at de river kulstofmolekyler ud af diamantkrystallen og danner kulilte.

Resultatet er en lavenergiproces, der fjerner kulstofatomer relativt skånsomt. At skabe et mønster på diamantoverfladen er så simpelthen et spørgsmål om at finde en måde at forhindre vandmolekyler i at klæbe til diamantoverfladen eller om at blokere virkningen af ​​elektroner i en foruddefineret form.

Martin og co demonstrerer deres teknik ved at bruge en maske af silica placeret på en diamantoverflade, som forhindrer passage af lavenergielektroner. De placerer derefter diamanten i en atmosfære af vanddamp og scanner derefter en lavenergielektronstråle over den blottede overflade for at fjerne diamanten.

Resultaterne er imponerende. Holdet har skabt diamantsøjler, har skåret mønstre ind i diamantoverflader og har endda skrevet ord på nanodiamantfacetter i en vinkel i forhold til elektronstrålen.

Det har mange potentielle anvendelser. Den elektroninducerede kemiske ætsning baner vejen for en transformativ teknologi til nanofremstilling af diamant, siger Martin og co.

En af de mest spændende muligheder er inden for kvanteberegning, hvor evnen til at manipulere enkelte fotoner er afgørende. Det er muligt med diamant takket være et fænomen kaldet nitrogentomgangsluminescens, hvor et nitrogenatom er substitueret i diamantstrukturen i stedet for et kulstof.

Da nitrogen har en elektron mindre i sin ydre skal, skaber det en tomhed i krystallen. Og dette kan bruges til alt fra at producere fotoner til at detektere magnetiske eller elektriske felter, alt sammen ved stuetemperatur.

Med den nye teknik bliver det pludselig muligt at fremstille alle former for konstruktioner med kvælstoffripladser i. Det er det første skridt mod at gengive 3D-enkeltkrystal-diamantgeometrier til højtydende fotoniske, sanse- og kvanteenheder, siger Martin og co.

Holdet kalder sin nye teknik elektronstråleinduceret ætsning eller EBIE. Forvent at høre meget mere om det.

Ref: arxiv.org/abs/1403.4067 : Subtraktiv 3D-printning af optisk aktive diamantstrukturer

skjule