Закрутили в бублик

Наноиглы стали сверхтонкими из-за луча-бублика.

Физики из России и Японии, экспериментируя с закрученными в бублик лазерными лучами, открыли способ создавать сверхтонкие иглы толщиной в несколько десятков атомов.

Эксперимент проводился для того, чтобы выяснить, почему пучки рентгена постепенно разрушают многослойные зеркала, применяемые для их фокусировки в телескопах и приборах, которые позволяют получать фотографии молекул с атомным разрешением.

В исследовании физики использовали так называемый вихревой луч, интенсивность которого распределена по кольцу вокруг его оси – то есть яркость такого луча распределена в форме бублика. Длина волны луча составляла несколько ангстрем, до сих пор получить столь жесткий вихревой луч не удавалось.

Когда экспериментаторы облучили зеркало вихревым лучом, на поверхности вместо типичного кратера образовалась кольцевая выемка с тонкой микроиглой, возвышающейся в центре

Оказалось, что при лазерном импульсе длительностью в несколько пикосекунд (пикосекунда – одна триллионная доля секунды) в месте наибольшей интенсивности пучка – то есть по кольцу – резко растут температура и давление. Максимальное давление достигает 200 тысяч атмосфер — такие условия характерны для детонации небольшой атомной бомбы. Это колоссальное давление возникает на несколько пикосекунд в очень маленьком пространстве кольца диаметром всего 2 микрометра. В таких экстремальных условиях вещество зеркала плавится и стремится расшириться. Однако золото и хром нагреваются неодинаково, поэтому слои разных металлов по-разному участвуют в этом процессе.

В центре пятна, где интенсивность луча близка к нулю, остается холодный «остров», над которым образуется тонкая струя из чистого хрома. Так как слой прогрева небольшой, вся система быстро остывает, и струя затвердевает. В результате формируется микроигла.

Описанная технология позволяет производить микросхемы с элементами толщиной 2-4 нм, то есть в несколько атомов. Кроме того, регулируя параметры лазерного воздействия, можно получать элементы различного химического состава.

Кроме того, полученные в ходе эксперимента иглы можно использовать как наноантенны и сверхчувствительные сенсоры.