Dans une étude conjointe, une collaboration de scientifiques russes a mis au point un mécanisme de dépôt laser de motifs sur du verre avec une résolution 1000 fois inférieure à la largeur d'un cheveu humain. Les lasers étaient focalisés à travers de petites sphères de verre, plutôt que des lentilles traditionnelles. Ce mécanisme permet d'appliquer des motifs complexes sur une surface de verre relativement facilement et à moindre coût, obtenir une résolution spatiale inférieure à 100 nanomètres.

La méthode proposée permettra la création suffisamment rapide et bon marché de capteurs et de puces à l'échelle nanométrique. Selon les scientifiques, c'est beaucoup moins cher et technologiquement plus facile que n'importe laquelle des méthodes précédemment utilisées, et la nouvelle application permet le dépôt des dessins informatiques sur la surface du verre avec une résolution acceptable. Pour démontrer cette méthode, l'abréviation de l'Institut de Physique Chimique (ICP) a été déposée sur du verre avec une résolution d'environ 100 nanomètres. La nanogravure est utilisée pour créer des circuits ultra-précis en microfluidique. Le fluide de fonctionnement peut s'écouler à travers les canaux gravés, reliant les différentes parties du circuit. Plus la taille d'un tel circuit est petite, plus la résolution de gravure est élevée.

Un laser femtoseconde permet le dépôt de complexes, motifs bidimensionnels et tridimensionnels à la surface de matériaux transparents. La résolution (la taille minimale des détails de l'image du motif) est toujours un problème dans ce genre de tâches, car elle est limitée (pour des raisons physiques) par la longueur d'onde du laser. Plus la résolution est élevée, plus la taille des motifs appliqués est petite.

Pour améliorer la résolution, l'effet de champ proche est souvent utilisé. Cette méthode consiste à focaliser un faisceau laser, utilisant des nanoparticules métalliques ou une couche de microsphères diélectriques comme « lentille ». Cependant, ces méthodes compliquent le processus de dépôt du motif, car ils sont fixés dans l'espace.

Dans leur travail, les auteurs proposent une approche différente. À l'aide d'un faisceau de lumière dans un fluide, ils créent une sorte de piège où ils placent des microsphères de verre. L'avantage de cette méthode de focalisation est que le piège peut être déplacé, déplaçant ainsi la lentille dans l'espace et focalisant le laser sur la zone souhaitée du verre.

Cependant, déplacer simplement un faisceau laser le long de la surface ne suffit pas. L'exposition au laser conduit à la formation de buttes mais pas de cratères. Ces monticules sont assez rugueux et larges, mais l'effet des alcalis à une température de 90 °C transforme les monticules en cratères lisses de plus petite largeur. Une telle structuration en deux étapes permet d'atteindre une résolution inférieure à 100 nanomètres (nm). Par contre, structuration en une seule étape, dans lequel la surface est traitée uniquement avec un laser, fournit une précision inférieure à 150 à 200 nm (selon la complexité de la structure).

Initialement, la surface du verre est irradiée avec un laser femtoseconde. L'impulsion laser est focalisée au moyen d'une bille de verre, qui est guidé par un "piège" optique vers une zone prédéterminée du verre. Par conséquent, de larges monticules se forment à la surface du verre; après traitement de surface avec une solution alcaline, ces monticules sont convertis en plus petits cratères de formes plus profilées.

En plus du modelage direct, les scientifiques ont étudié la dépendance de la résolution, c'est-à-dire la taille du cratère, de la puissance laser. Les résultats ont montré qu'une plus grande précision pouvait être obtenue avec de petites sphères, qui permettent une résolution inférieure à 100 nm.

La largeur minimale du cratère obtenu était de 70 nm. La figure ci-dessous montre ce cratère particulier, et le graphique montre la forme du cratère sur deux axes.

La publication démontre que la technique de gravure permet des structures relativement complexes. Pour le prouver, la surface du verre était gravée de l'abréviation de l'Institute of Chemical Physics (ICP). La largeur moyenne de chaque lettre est de 100 nm, profondeur - 20 nm (voir Fig. ci-dessous avec une échelle - 500 nm).

"La création de rainures et de canaux minces peut être utilisée dans les domaines de la chimie et de la biologie pour la production de microfluidique et dans diverses nano-usines, " dit Alexandre Chakhov, le co-auteur de l'article, post-gradué de la Faculté de Physique Générale et Appliquée du MIPT.

Les canaux pour liquides gravés par ces méthodes sont utilisés pour le développement de petits, capteurs précis fonctionnant avec des liquides. L'article en question suggère également un mécanisme suffisamment rapide et bon marché pour la nanostructuration. Une telle approche peut permettre la création rapide et technologiquement simple de dispositifs et de capteurs peu coûteux en appliquant des structures complexes de rainures et de canaux minces à travers lesquels le fluide de fonctionnement s'écoulera.