Речь идет о так называемом показателе преломления, который измеряет, насколько свет изгибается, когда проходит через вещество. Например, воздух имеет показатель преломления 1, а вода — 1.33 — вот почему кажется, что соломинка сгибается, когда вы кладете ее в стакан с водой.
Для фотонных устройств требуется высокий контраст между материалами, из которых они изготовлены, при этом некоторые компоненты имеют высокий показатель преломления, а другие — низкий.
Чем выше контраст между этими материалами, тем эффективнее фотонное устройство и тем лучше оно работает. У воздуха самый низкий показатель преломления, но он не является механически стабильным. А самый низкий показатель преломления твердых материалов природного происхождения равен 1.39.
Но теперь исследователи разработали пленку из оксида алюминия с показателем преломления всего 1.025, но это механически жесткое.
«Манипулируя структурой оксида алюминия, который является диэлектриком, мы улучшили его оптические и механические свойства», — говорит Чих-Хао Чанг, автор статьи, посвященной этой работе, и доцент кафедры механической и аэрокосмической техники. Штат Северная Каролина.
Диэлектрики — это изоляционные материалы, которые используются в огромном количестве потребительских товаров. Например, каждое портативное устройство имеет сотни конденсаторов, которые представляют собой диэлектрические компоненты, которые могут накапливать электрический заряд и управлять им.
«Ключом к качеству пленки является упорядоченное расположение пор, которое придает ей более механически прочную структуру без ухудшения показателя преломления», — говорит Сюй Чжан, ведущий автор статьи и доктор философии.D. студент NC State.
Исследователи создают пленку с помощью нанолитографии, разработанной в лаборатории Чанга, для создания высокоупорядоченных пор в полимерной подложке.
Этот пористый полимер затем служит шаблоном, который исследователи покрывают тонким слоем оксида алюминия, используя атомное осаждение. Затем полимер выгорает, оставляя трехмерное покрытие из оксида алюминия.
«Мы можем контролировать толщину оксида алюминия, создавая покрытие толщиной от двух до 20 нанометров», — говорит Чжан. "Используя оксид цинка в том же процессе, мы можем создать более толстое покрытие. А толщина покрытия контролирует и позволяет нам рассчитать показатель преломления пленки.«Независимо от толщины покрытия, толщина самой пленки составляет примерно один микрометр.
«Этапы процесса потенциально масштабируемы и совместимы с существующими процессами производства микросхем», — говорит Чанг. «Наши следующие шаги включают интеграцию этих материалов в функциональные оптические и электронные устройства."