長三角G60雷射聯盟導讀
據悉，西安交通大學的一個研究團隊正在專注於一種有前途的納米結構製造技術：飛秒雷射直接寫入（FLDW）。
來自西交最新研究：一個樣品的表面和側面視圖，展示了一個長度為幾微米、直徑遠低於30nm的納米通道，這意味著長寬比非常高（>200）。
到目前為止，只有通過光刻技術的淺納米通道得到了廣泛和成功的複製。對於大多數應用領域來說，由硬脆材料（如二氧化矽、金剛石和藍寶石）製成的納米通道，這些材料在惡劣環境中具有高化學穩定性和耐用性。而研究人員正在這方面做出努力。
西安交通大學的一個研究團隊正在專注於一種有前途的納米結構製造技術：飛秒雷射直接寫入（FLDW）。簡單地說，FLDW利用極短（10-15秒）和高精度高能雷射脈衝來創建所需的納米結構（例如，納米孔、納米孔和納米石）。在發表在Advanced Photonics Nexus上的最新研究中，該團隊成功地使用FLDW創建了直徑為30 nm的二氧化矽納米通道，比以往任何研究中報導的都小，縱橫比超過200。這歸因於在該過程中發現的一種新的雷射-物質相互作用現象。
1.0μJ飛秒貝塞爾光束單次製備納米結構。
在他們的工作中，團隊使用了貝塞爾光束——一種在傳播時甚至聚焦到一個小點時都能保持形狀的雷射束。515nm波長的單個貝塞爾光束脈衝（通過倍頻從1030nm雷射器獲得）被聚焦在離二氧化矽樣品表面剛好合適的距離處。使用不同雷射脈衝能量和樣品距離的一些實驗顯示了非常令人印象深刻的結果。在低脈衝能量下，根據樣品距離，在二氧化矽表面附近（小於1μm）發現了一個30nm大小的納米通道或純隕石坑結構。在高脈衝能量下，在材料內部深處（5μm以下）會形成一個更長的空腔，同時在表面形成一個凹坑。
經過仔細的理論分析和模擬，該團隊意識到，迄今為止尚未發現的雷射與材料的相互作用正在發揮作用，該團隊稱之為「表面輔助材料噴射」，在貝塞爾光束產生的內部「熱域」中產生空腔。
利用2.0-μJ脈衝能量的飛秒貝塞爾光束單次製備納米結構。
Paulina Segovia Olvera，《Advanced Photonics Nexus》副主編，注意到這項工作極大地促進了雷射材料加工領域的知識進步：「這項工作為雷射與物質相互作用的基本原理提供了新的見解。它表明，可以製造尺寸遠低於衍射極限的納米通道結構，這通常為傳統的基於雷射的製造設定了納米結構特徵尺寸的下限。」
模擬飛秒貝塞爾光束和二氧化矽樣品之間相互作用的時間演化。模擬中應用的脈衝能量為1μJ。
鑑於這一知識進步，本研究可能為採用FLDW作為一種穩健、靈活和成本效益高的方法，以亞微米精度製造納米通道鋪平道路。反過來，這有助於推動其在其他領域的應用，如基因組科學、催化和傳感器。
來源：Y. Lu, L. Kai, et al., 「Nanochannels with a 18-nm feature size and ultrahigh aspect ratio on silica through surface assisting material ejection,」 Adv. Photon. Nexus 1(2), 026004 (2022), doi 10.1117/1.APN.1.2.026004.
長三角G60雷射聯盟陳長軍轉載