Depuis les premières démonstrations du laser femtoseconde en tant qu'outil de traitement tridimensionnel (3D), des microdispositifs dotés de fonctions optiques, électroniques, mécaniques et magnétiques passionnantes ont été fabriqués, grâce auxquels de nouveaux concepts allant des circuits intégrés photoniques quantiques 3D aux micro-robots intelligents sont activés. .
Au cours de la dernière décennie, de nombreux efforts dans ce domaine ont été consacrés à l'amélioration de la résolution spatiale de fabrication, et plusieurs dizaines de tailles de caractéristiques nanométriques ont été rapportées sur la base de l'absorption multiphotonique, de l'épuisement des émissions de stimulation, de l'amélioration du champ proche induite par le champ lointain et de la photoexcitation. effets de liaison chimique induits. Néanmoins, les applications avancées, telles que les transistors à électron unique, les émetteurs de photons uniques (SPE), les mémoires à atome unique ou les dispositifs à bits quantiques, nécessitent une résolution spatiale de fabrication plus élevée (inférieure à 10 nm, bien au-delà de la limite de diffraction optique).
Dans un nouvel article publié dans Light Science &Application , une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Hongbo Sun du State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instrument, Tsinghua University, Pékin, Chine, et ses collègues ont proposé et démontré expérimentalement une fabrication à l'échelle proche de l'atome. en utilisant une méthode de suivi et de verrouillage de seuil (TTL), par laquelle des tailles de caractéristiques <5 nm, ~ λ/100, approchant la limite quantique, sont réalisées.
Grâce à cette approche, les chercheurs pourraient obtenir un rendement proche de l'unité de sources de photons uniques avec une précision de position élevée et des dommages minimes au réseau. Ces sources de photons uniques présentent une luminosité élevée, une pureté d'émission élevée et une stabilité élevée.
Cette fabrication laser à l’échelle proche de l’atome représente une avancée significative dans les technologies photoniques quantiques évolutives. Les scientifiques résument le principe de la technologie TTL :
"L'idée est d'utiliser les impulsions laser supplémentaires (lumière de la sonde) pour suivre avec précision si des dommages à l'échelle atomique ou proche de l'atome se produisent sous l'impulsion initiale (lumière de fabrication). Le seuil de dommage intrinsèque du matériau cible est précisément verrouillé. Cela vaut la peine mentionnant que cette méthode de rétroaction ne dépend pas de la sensibilité de détection de l'instrument et peut verrouiller avec précision le seuil de dommage intrinsèque du matériau cible pour la fabrication de lasers à l'échelle nanométrique. "
"Dans ce travail, nous avons démontré que la précision de la fabrication du laser a atteint la limite quantique, ce qui constitue une nouvelle étape après la limite de diffraction optique. Lorsque l'énergie du laser s'approche du seuil de dommage à l'échelle quasi atomique, l'ablation laser des atomes individuels ne se produit pas nécessairement. se produisent au centre géométrique du point focalisé."
"En effet, dans cet état limite, le gradient fourni par l'énergie laser (le sommet de la distribution gaussienne) sera très plat. La région de claquage définie par le gradient d'énergie laser échouera et l'ablation atomique locale se produira de manière aléatoire dans une certaine région (~ quelques nanomètres, la valeur spécifique est liée au matériau cible), qui sera dominée par la position et les fluctuations d'énergie des électrons locaux, plutôt que par la pente de densité de puissance du laser incident."
"Grâce à la technologie TTL, la fabrication d'un rendement proche de l'unité de sources de photons uniques avec une précision de positionnement à l'échelle nanométrique pourrait être réalisée. Parallèlement, ces sources de photons uniques présentent d'excellentes propriétés, notamment une luminosité élevée (émettant près de dix millions de photons par seconde), une pureté d'émission élevée et une haute pureté. stabilité."
"Ce résultat suggère le potentiel élevé de la fabrication de lasers à l'échelle proche de l'atome pour l'application de dispositifs quantiques."
Plus d'informations : Xiao-Jie Wang et al, Fabrication laser d'une résolution spatiale approchant la limite quantique, Light :Science &Applications (2024). DOI :10.1038/s41377-023-01354-5
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