切り紙とイオンビームが金ナノフィルムを偏光フィルターに変える

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切り紙とイオンビームが金ナノフィルムを偏光フィルターに変える
Anonim
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米国と中国の物理学者は、ナノキリガミ技術を使用して金箔からキラル光学ナノデバイスを製造するための新しい方法を開発しました。これを行うために、科学者たちは集束イオンビームの使用を提案しました。このビームを使用して、最初に特定の形状のカットをフォイルに作成し、次に表面セクションを目的の方向に曲げます。この方法は実装が簡単で、類似の2次元メタマテリアルよりもキラル特性が大幅に優れた材料を得ることができます。研究者はScienceAdvancesに掲載された記事に書いています。

日本の折り紙と切り紙の技術のナノアナログは、平らな紙から目的の形状の図形を折りたたむことができるため、科学者は特定の形状と物理的特性を持つ材料を取得するために使用することをますます提案しています。 。ナノ折り紙の場合、二次元構造から三次元構造への変換は、材料の薄膜を特定の線に沿って目的の順序で折りたたむことによってのみ発生します。ナノキリガミを使用する場合は、これらのナノレイヤーを事前にカットします。折りたたみ。このアプローチを使用して処理できる材料のクラスは非常に広く、シリコン、金属、またはポリマーのフィルムにすることができます。原則として、ナノキリガミの助けを借りて、異常な機械的または音響的特性を備えた材料が得られます。これらの材料は、数回伸びたり、特殊な方法で音波を反射したりすることができます。

中国科学院の物理学研究所のZhiguangLiuが率いる中国と米国の物理学者のグループは、ナノキリガミ技術を使用してキラル光学メタ表面を作成することを提案しました。必要なキラル構造を得るために、科学者たちはまず、強力な集束イオンビームを使用して、長さ数マイクロメートルの厚さ80ナノメートルの金箔に切り込みを入れました。その後、同じ低出力のイオンビームを照射したが、すでに表面全体が照射されたため、フィルムに不均一な応力場が生じ、個々の部分が曲がって目的の形状になりました。

実験とシミュレーションの結果は、そのような照射の下で、ノッチの近くの表面が上向きに、すなわちイオンビームに向かって曲がることを示した。このような曲げは、イオン照射に対する厚さが不均一な金箔の機械的反応によって可能になります。外側のアモルファス層で完全に塑性変形が発生した場合、より深い多結晶層では変形は弾塑性の性質を持ちます。その結果、下層は上層よりもわずかに膨張し、ノッチがあると、フィルム全体が上向きに折りたたまれます。

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一枚の紙(上)と80ナノメートルの金箔(下)から作られた切り紙の構造。黒のスケールバー-1マイクロメートル

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一枚の紙(左)と80ナノメートルの金箔で作られた切り紙の構造。黒のスケールバー-1マイクロメートル

研究の著者は、2段階のイオン照射を伴うナノキリガミに対して提案されたアプローチは、ナノキリガミの薄膜を曲げるために以前に使用された方法よりもはるかに簡単に実装できると述べています-温度の変化、毛細管力の使用、またはシステムのボリューム。さらに、このアプローチにより、材料の最終形状をより正確に制御できます。

この方法を使用して表面にスパイラルカットを行うと、得られた構造を使用して、左手と右手の光との相互作用が異なる光学ナノデバイスを作成できることがわかりました。そのような構造のアレイは、例えば、偏光フィルターの特性を有し、あるタイプの偏光の光のみを選択的に透過するキラル光学メタ表面として使用することができる。

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周期1.45マイクロメートルのキラルナノキリガミ構造の顕微鏡写真。スケールバー-1マイクロメートル

光学測定は、金箔の3つのカットで作られた、結果として得られたらせん構造が、1〜2マイクロメートルの波長で顕著な円二色性を持っていることを示しました。同時に、波長の増加に伴い、偏光面の回転角も増加しました(たとえば、波長1.7マイクロメートルでは、偏光面は90度回転し、波長1.95で回転します。得られた依存性は、理論モデルによって十分に説明されています。比較サンプルでは、​​科学者は、ノッチが作成されたが曲げが作成されておらず、キラル光学効果がない同じシステムの2次元構成を使用しました。彼らのために発見されました。

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上の図は、キラルナノ構造と放射線の電気的および磁気的成分との相互作用の図です。下-キラル光学特性を備えたナノキリガミ構造のアレイのモデルと顕微鏡写真。スケールバー-1マイクロメートル

研究者らは、得られた表面を使用して、近赤外領域のキラル分子の光学特性を分析できることに注目しています。同時に、研究の著者によれば、提案された方法は、フォトニックデバイスの開発だけでなく、異常な機械的または音響的特性を備えた材料の作成にも使用することができます。

ナノキリガミ技術は、外部の影響下で伸びることができるマイクロおよびナノ材料を得るために正確に使用されることが提案されていることがはるかに多いことに注意する必要があります。例えば、このようにして、特性を失うことなく1.5倍に伸びることができる電池が得られました。また、導電性ポリマーの長さは、導電率を20倍に低下させることなく、この手法を使用して長くすることができます。

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