Ricercatori raggiungono una scrittura laser diretta con velocità e risoluzione senza precedenti
Un team di scienziati delle università Zhejiang Lab e Zhejiang University in Cina ha sviluppato un metodo ottimizzato di scrittura laser diretta (DLW) che consente la creazione di linee distanziate di soli 100 nm su substrati di vetro. Questo avanzamento potrebbe rivoluzionare la fabbricazione di dispositivi micro-ottici e metamateriali ad alta precisione.
Scrittura laser diretta: una panoramica
La scrittura laser diretta è una tecnica di produzione additiva che utilizza un raggio laser focalizzato per polimerizzare selettivamente un materiale con precisione nanometrica. Questo metodo permette la realizzazione di strutture tridimensionali complesse, fondamentali in applicazioni come microlenti, cristalli fotonici e dispositivi ottici su scala microscopica.
Sfide nella risoluzione della DLW
Migliorare la risoluzione nella DLW è una sfida significativa. L’intensa luce laser può causare esposizioni indesiderate nelle aree circostanti, compromettendo la precisione delle strutture create. Ridurre queste esposizioni è essenziale per ottenere una risoluzione più elevata e garantire l’integrità delle microstrutture fabbricate.
Approccio innovativo del team cinese
Per superare queste limitazioni, i ricercatori hanno introdotto un sistema fotoresist composto da un monomero comune, il pentaeritritolo triacrilato (PETA), combinato con il Bis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidil-1-ossil) sebacato (BTPOS), un agente che riduce la reticolazione. Questo mix ha permesso di controllare meglio la polimerizzazione durante la DLW, migliorando la precisione delle strutture create.
Configurazione ottica avanzata
La configurazione ottica utilizzata comprendeva un laser a femtosecondi da 525 nm come sorgente di eccitazione e un laser a picosecondi da 532 nm per l’inibizione. Il laser a femtosecondi attivava il laser a picosecondi attraverso un’unità di ritardo, introducendo un ritardo di 2700 ps dovuto alla differenza nei percorsi ottici dei due fasci. Il fascio di inibizione preveniva la polimerizzazione indesiderata, garantendo che il pattern desiderato fosse formato con alta risoluzione e precisione.
Risultati sperimentali
Utilizzando questo approccio ottimizzato, il team ha ottenuto una risoluzione laterale di 100 nm a una velocità di scrittura di 100 µm/s. A una velocità maggiore di 1000 µm/s, è stata raggiunta una risoluzione laterale di 120 nm. Inoltre, sono state fabbricate strutture tridimensionali complesse, come pile di legno con spaziatura laterale dei bastoncini da 300 nm a 225 nm e un periodo assiale minimo tra gli strati di 318 nm, raggiungendo il limite di diffrazione assiale di 320 nm.
Prospettive future
I ricercatori puntano a migliorare ulteriormente la velocità di scrittura, con l’obiettivo di raggiungere velocità di 10 e 100 mm/s mantenendo alta qualità e risoluzione. Inoltre, intendono perfezionare il sistema fotoresist per rendere la tecnica DLW più stabile e pratica, aprendo la strada a nuove applicazioni in dispositivi ottici avanzati e metamateriali.
