Световой «захватный луч» собирает материалы на наноуровне

Ученые из Вашингтонского университета разработали методику, делающую возможным возобновляемое производство на наноуровне. Команда адаптировала световую технологию, оптические пинцеты, для работы в безводной жидкой среде богатых углеродом органических растворителей.

Выводы исследования представлены в Nature Communications, сообщает eurekalert.org. Оптические пинцеты действуют как захватный луч, способный точно собирать крупные структуры из наномерных полупроводниковых материалов.

«Это – новый подход к наномерному производству, — сказал один из ста адъюнкт-профессор Питер Паузауский. – В процессе не используются камерные поверхности, что минимизирует формирование напряжений, других дефектов. Все компоненты находятся в растворе, где мы можем контролировать размер и форму структур».

Органические растворители позволили работать с веществами, которые иначе разложились бы при контакте с водой или воздухом, добавил Винсент Холмберг. Они помогли нагреть материалы до высоких температур, контролируя их преобразования.

Демонстрируя потенциал подхода, ученые использовали оптические пинцеты для создания новых нанопроводных гетероструктур, состоящих из секций разных материалов. Сырьем для них стали короткие наностержни из кристаллического германия. Каждый элемент имел колпачок из нанокристалла металлического висмута.

Луч захватывал отдельные объекты, одновременно перегревая их. В результате висмутовая крышка плавилась, позволяя скреплять стержни. Ученые повторяли процесс, пока не получили нанопроводную гетероструктуру из повторяющихся полупроводниковых и металлических сегментов, в 5-10 раз длиннее отдельных компонентов.

«Мы назвали технологию фотонной нанопайкой», — сказал Холмберг.

Нанопровода с соединениями между сегментами, вроде германиево-висмутовой структуры, могут открыть путь к топологическим кубитам для квантовых вычислений.

Захватный луч является сфокусированным лазерным импульсом, создающим оптическую ловушку, за представление которой Артур Ашкин получил Нобелевскую премию в 70-х гг. 20-го в. Сегодня явление обычно используется в вакуумной или водной среде. Команды Паузауского и Холмберга адаптировали его для органических растворителей. Фотоны лазерного луча генерируют усилия на объектах в непосредственной близости от оптической ловушки. Ученые могут менять свойства импульса, захватывая или выпуская предметы.