Ученые Физического института имени П. Н. Лебедева Российской академии науки (РАН) открыли новое физическое явление, которое позволит управлять свойствами самого твердого материала на нашей планете, сообщает сайт академии.
Алмазы ценятся не только в ювелирном деле. Из них делают, например, хирургические инструменты, сверла и другие приспособления для обработки различных материалов, в том числе металлов. Кристаллы алмаза используют для квантовых компьютеров, экранов смартфонов и в различных датчиках, например, температуры и газов.
Ученые в ходе исследований, поддержанных грантом Российского научного фонда, выяснили, как с помощью поворота специальной пластинки менять плоскость колебания волн лазерного излучения и управлять параметрами обработки алмазов. Этот способ позволит создавать новые оптические устройства на основе алмазов и ускорит разработку таких алмазных устройств, как высокоскоростная электроника и хранилища данных с высокой плотностью.
«Наш способ очень простой и доступный – полуволновая пластинка есть в любой оптической лаборатории. Просто вращая ее, мы можем оптимизировать параметры обработки, а значит, контролировать свойства создаваемых структур на поверхности алмаза. Показанная здесь лазерная абляция, зависящая от поляризации, представляет собой новое физическое явление, имеющее значение для фотохимии, физики поверхности и материаловедения, также это простой метод нано- и микроразмерной обработки алмаза», – рассказал соавтор исследования, младший научный сотрудник института Георгий Красин.
Чтобы создать какое-либо устройство на основе алмаза, ему надо придать определенную трехмерную структуру и обработать поверхность. Сейчас на алмазы наносят узоры при помощи лазера с погрешностью до нескольких нанометров, что соответствует требованиям микроэлектроники. Под действием излучения с поверхности материала испаряется верхний слой, создавая нужный рельеф – этот процесс называется лазерной абляцией. Излучение, которым обрабатывают кристалл, поляризовано, то есть представляет собой электромагнитные волны, колебания которых наблюдаются только в одной определенной плоскости. Это делает свет от лазера не похожим на солнечный, который распространяется во всех направлениях сразу.
Ученые института РАН установили возможность влияния поляризация лазерного пучка на испарение материала с поверхности кристалла алмаза. Для этого образец облучали лазерными импульсами продолжительностью менее миллиардной доли секунды. Изменяя поляризацию с помощью специальной пластинки им удалось в процессе лазерной обработки получить на поверхности алмазов углубления радиусом приблизительно от 0,5 до 1,4 микрометров, то есть кратеры могли отличаться по размеру почти в три раза.
В дальнейшем ученые планируют применить данную технологию для записи двух- и трехмерных структур на поверхности и в объеме кристаллов.
