Fin dalle prime dimostrazioni del laser a femtosecondi come strumento di elaborazione tridimensionale (3D), sono stati prodotti microdispositivi con entusiasmanti funzioni ottiche, elettroniche, meccaniche e magnetiche, grazie ai quali sono abilitati nuovi concetti, dai circuiti integrati fotonici quantistici 3D ai micro-robot intelligenti. .
Molti sforzi negli ultimi dieci anni in questo campo sono stati dedicati al miglioramento della risoluzione spaziale della produzione e sono state riportate diverse decine di nanometri di dimensioni sulla base dell'assorbimento multifotone, dell'esaurimento dell'emissione di stimolazione, dell'aumento del campo vicino indotto dal campo lontano e della fotoeccitazione. effetti di legame chimico indotti. Tuttavia, le applicazioni avanzate, come i transistor a singolo elettrone, gli emettitori a singolo fotone (SPE), la memoria a singolo atomo o i dispositivi a bit quantico, richiedono una risoluzione spaziale di produzione più elevata (meno di 10 nm, ben oltre il limite di diffrazione ottica).
In un nuovo articolo pubblicato su Light Science &Application , un team di scienziati, guidato dal professor Hongbo Sun del State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Dipartimento di strumenti di precisione, Università Tsinghua, Pechino, Cina, e colleghi hanno proposto e dimostrato sperimentalmente una produzione su scala prossima a quella atomica utilizzando un metodo di tracciamento e blocco della soglia (TTL), mediante il quale vengono realizzate dimensioni delle caratteristiche di <5 nm, ~ λ/100, avvicinandosi al limite quantico.
Attraverso questo approccio, i ricercatori hanno potuto ottenere una fabbricazione con rendimento quasi unitario di sorgenti di singoli fotoni con elevata precisione di posizionamento e danni minimi al reticolo. Queste sorgenti a fotone singolo mostrano elevata luminosità, elevata purezza di emissione ed elevata stabilità.
Questa produzione laser su scala prossima a quella atomica rappresenta un significativo passo avanti nelle tecnologie fotoniche quantistiche scalabili. Gli scienziati riassumono il principio della tecnologia TTL:
"L'idea è di utilizzare gli impulsi laser aggiuntivi (luce della sonda) per tracciare con precisione se si verifica un danno su scala atomica o quasi atomica sotto l'impulso iniziale (luce di fabbricazione). La soglia di danno intrinseco del materiale bersaglio è bloccata con precisione. Vale la pena menzionando che questo metodo di feedback non dipende dalla sensibilità di rilevamento dello strumento e può bloccare con precisione la soglia di danno intrinseco del materiale target per la produzione laser su scala nanometrica."
"Abbiamo dimostrato che la precisione della produzione del laser in questo lavoro ha raggiunto il limite quantico, che rappresenta una nuova pietra miliare dopo il limite di diffrazione ottica. Quando l'energia del laser si avvicina alla soglia di danno su scala quasi atomica, l'ablazione laser dei singoli atomi non necessariamente si verificano nel centro geometrico del punto focalizzato."
"Questo perché, in questo stato limite, il gradiente fornito dall'energia laser (la parte superiore della distribuzione gaussiana) sarà molto piatto. La regione di rottura definita dal gradiente di energia laser fallirà e l'ablazione atomica locale avverrà casualmente in una certa regione (~ pochi nanometri, il valore specifico è correlato al materiale target), che sarà dominata dalla posizione e dalle fluttuazioni di energia degli elettroni locali, piuttosto che dalla pendenza della densità di potenza del laser incidente."
"Con la tecnologia TTL, potrebbe essere realizzata la produzione con rendimento quasi unitario di sorgenti di fotoni singoli con precisione di posizionamento su scala nanometrica. Nel frattempo, queste sorgenti di fotoni singoli mostrano proprietà eccellenti tra cui elevata luminosità (emissione di quasi dieci milioni di fotoni al secondo), elevata purezza di emissione ed elevata stabilità."
"Questo risultato suggerisce l'alto potenziale della produzione di laser su scala prossima a quella atomica per l'applicazione di dispositivi quantistici."
Ulteriori informazioni: Xiao-Jie Wang et al, Produzione laser di una risoluzione spaziale che si avvicina al limite quantico, Luce:scienza e applicazioni (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01354-5
Fornito da TranSpread
