Sposób na wykorzystanie ekstremalnego światła ultrafioletowego w małych urządzeniach
Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu X-PIC(odnośnik otworzy się w nowym oknie) badał rozszerzenie zintegrowanej fotoniki o dotychczas niewykorzystywany obszar widma pomiędzy skrajnym ultrafioletem (EUV) - rodzajem światła, które znajduje się poza granicami ultrafioletu, a miękkim promieniowaniem rentgenowskim, które znajduje się tuż obok skrajnego ultrafioletu w przestrzeni widmowej. Skrajny ultrafiolet charakteryzuje długość fali od dziesiątek do setek razy krótsza niż światło widzialne. „Istniejąca technologia nie funkcjonuje w tym zakresie, ponieważ materia szybko pochłania światło o długości fali powyżej stu nanometrów, czyli około jednej tysięcznej średnicy ludzkiego włosa”, wyjaśnia Salvatore Stagira(odnośnik otworzy się w nowym oknie), profesor fizyki eksperymentalnej na Politechnice Mediolańskiej we Włoszech, który był koordynatorem projektu. „Z drugiej strony ten obszar widma jest bardzo atrakcyjny, ponieważ umożliwia obrazowanie z niezwykle wysoką rozdzielczością przestrzenną, wymaganą w nowoczesnych procesach produkcji mikroelektroniki”. W tym obszarze pasma możliwe jest generowanie najkrótszych sztucznych zdarzeń - attosekundowych impulsów świetlnych, które były podstawą Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 2023 roku i umożliwiają badanie niezwykle szybkich procesów zachodzących w materii. Długość tych impulsów wynosi kilka milionowych części miliardowej części sekundy. Fotonika wykorzystująca skrajny ultrafiolet łączy wszystkie wyżej wymienione możliwości w kompaktowym, zminiaturyzowanym urządzeniu.
Przełom w dziedzinie technologii fotonicznej
Zespół projektu X-PIC wykazał, że możliwe jest generowanie spójnych impulsów światła w obszarze widmowym skrajnego ultrafioletu oraz manipulowanie nimi w ramach zminiaturyzowanej platformy. Badacze osiągnęli to przy pomocy małej płytki ze stopionej krzemionki przy użyciu techniki zwanej femtosekundowym napromieniowaniem laserowym i trawieniem chemicznym (FLICE). Ze względu na to, że skrajny ultrafiolet nie przenika przez większość ciał stałych, badacze przyjęli założenie, że zamiast tego światłowodem może być pusty kanał o średnicy porównywalnej z ludzkim włosem, stworzony dzięki technice FLICE. W tym kanale impuls światła EUV jest generowany przez oddziaływanie intensywnego i ultrakrótkiego impulsu lasera podczerwonego z przepływającym przez niego gazem. Urządzenie zawiera sieć kanałów mikroprzepływowych, które doprowadzają gaz do głównego kanału. Niezwykła elastyczność techniki FLICE umożliwia realizację złożonych trójwymiarowych pustych struktur w urządzeniu. Impuls światła EUV można następnie oddzielić od impulsu lasera za pomocą dodatkowych pustych kanałów. Co więcej, rozwiązanie to można wykorzystać zarówno wewnątrz urządzenia, jak i na zewnątrz, w zależności od potrzeb.
Rozwój bardziej złożonych urządzeń
Stagira twierdzi, że główną zaletą tego rozwiązania jest demonstracja technologii umożliwiającej miniaturyzację całej linii EUV w małym urządzeniu o długości kilku milimetrów, podczas gdy zwykłe nieporęczne linie EUV rozciągają się na kilka metrów. Linia emisyjna to system, który generuje, transportuje, kształtuje i dostarcza wiązkę światła EUV. W perspektywie krótkoterminowej nowe odkrycia przełożą się na rozwiązania takie jak spektroskopia czasowo-rozdzielcza(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Badacze przewidują także, że w przyszłości ich osiągnięcia znajdą zastosowanie w metrologii, fotolitografii(odnośnik otworzy się w nowym oknie), obrazowaniu i optyce kwantowej wykorzystującej ekstremalny ultrafiolet. „Projekt X-PIC połączył dwie różne technologie - laboratorium na układzie, w ramach którego złożone funkcje są wykonywane wewnątrz małego urządzenia, a także generator spójnych impulsów światła EUV aż do reżimu attosekundowego”, podsumowuje Stagira. „W rezultacie udało się otworzyć nowy rozdział zintegrowanej fotoniki”.
